Цель данной работы – оценка особенностей экологического состояния почвенного покрова и лекарственного растительного сырья вдоль автомагистралей и в рекреационных зонах г. Новосибирска.
Материал и методы исследования
В качестве объектов исследования были использованы образцы почв (глубина отбора 0-20 см в зоне расположения основной части корневой системы) и растений (надземная и подземная части), отобранных в фазу цветения. Изучаемые растения – 11 видов – принадлежат к семи ботаническим семействам: Asteraceae Dum. (oдуванчик обыкновенный – Taraxacum officinale Wigg. s.l., цикорий обыкновенный – Cichorium intybus L., тысячелистник обыкновенный – Achillea millefolium L., ромашка лекарственная – Chamomolla recutita (L.) Rauschert (Matricaria recutita L., M. chamomilla L.), полынь Сиверса – Artemisia sieversiana Willd.); Plantaginaceae Juss. (подорожник большой – Plantago major L.); Urticaceae Juss. (крапива двудомная – Urtica cannabina L.); Papaveraceae Juss. (чистотел большой – Chelidonium majus L.); Apiaceae Lindl. (тмин обыкновенный – Carum carvi L.); Brassicaceae Burnett (гулявник Лезеля – Sisymbrium loeselii L.); Euphorbia L. (молочай лозный – Euphorbia virgata Waldst. et. Kit.). Доминирующим является семейство Asteraceae (5 видов), что хорошо согласуется с данными анализа флоры городских территорий вдоль автомагистралей [3]. В научной медицине используются все вышеперечисленные виды растений, кроме полыни, гулявника и молочая.
Пробы почв и растений отбирали вдоль автомагистралей и в рекреационных зонах г. Новосибирска по общепринятым методикам. На каждой площадке бралось не менее 5 индивидуальных проб почв и растений, из которых составлялась средняя проба. Объем выборок в некоторых случаях небольшой (это связано с ограниченной распространенностью отдельных видов на исследуемых территориях), однако полученные данные дают определенное представление о содержании ХЭ в системе почва – растения.
В образцах почв определяли содержание физической глины по ГОСТ 12536-79, потенциальную кислотность (рНсол) – по ГОСТ 26483-85, подвижную форму ТМ – по РД 52.18.289-90. Определение общего количества ртути проводили беспламенным атомно-абсорбционным методом, остальных ХЭ – методом атомно-эмиссионного спектрографического анализа с дуговым аргоновым двухструйным плазмотроном (в растениях – после сухого озоления). Содержание ХЭ приведено в пересчете на абсолютно-сухое вещество. Исследования выполнены в трех аналитических повторностях. Дополнительно были проанализированы образы аптечного сырья различных производителей.
Степень поглощения ХЭ растениями оценивалась по коэффициенту корневого барьера (Ккб) как отношение содержания ХЭ в корнях к содержанию его в надземных органах.
При статистической обработке экспериментальных данных рассчитывались среднее арифметическое значение M, стандартное отклонение SD, медиана Med, межквартильный размах, минимальные и максимальные значения. Проверка нормальности распределения исследуемых ХЭ была проведена по критериям Кульбака, Колмагорова-Смирнова, Джири, омега-квадрат. Проверка гипотез о равенстве дисперсий в нормально распределенных выборках проводилась по критериям Кокрена, Хартли, Бартлетта. При подтверждении гипотезы в дальнейшем проводился однофакторный параметрический дисперсионный анализ. При неравных дисперсиях, анормальном распределении, очень малом объеме выборок применяли непараметрический дисперсионный анализ по критериям Краскела-Уоллиса, Уилсона, Hi-квадрат. Во всех процедурах статистического анализа критический уровень значимости р принимался равным 0,05.
Результаты исследования и их обсуждение
В исследованных рекреационных зонах преобладают серые лесные легкосуглинистые почвы с близкой к нейтральной реакцией среды. Среди антропогенно нарушенных серых лесных и дерново-подзолистых почв вдоль автомагистралей также встречаются легкосуглинистые, но преобладают супесчаные с нейтральной реакцией среды, что вполне закономерно – антропогенное изменение почв в городах часто проявляется в искусственном облегчении их гранулометрического состава из-за обогащения песком. Отсутствие статистически значимой разницы между валовым содержанием всех исследованных ТМ в супесчаных и легкосуглинистых почвах можно объяснить тем, что для городских почв характерны случайные локальные загрязнения веществами разного генезиса, сказывающиеся на гранулометрическом и элементном химическом составе почв. Валовая концентрация исследованных ХЭ не превышает их фонового содержания в почвах НСО [4].
Статистически значимой разницы между количеством ХЭ в почвах вдоль автомагистралей и рекреационных зон также не обнаружено – как для валового содержания, так и для концентраций подвижных форм (табл. 1). Следует отметить, что содержание подвижных соединений зачастую не подчиняется закону нормального распределения, в связи с чем расчет среднего арифметического значения и стандартного отклонения не корректен, поэтому дополнительно приведены медианные значения.
Таблица 1
Содержание ТМ в почвах, мг/кг
|
ХЭ |
Рекреационные зоны (n=15) |
Транспортные зоны (n=40) |
НСО (фоновое) [4] |
||||||
|
вал. |
Подв. |
Вал. |
Подв. |
Вал. |
|||||
|
M±SD |
Med |
M±SD |
Med |
M±SD |
Med |
M±SD |
Med |
||
|
Cd |
0,42±0,10 |
0,40 |
0,20±0,07 |
0,17 |
0,38±0,07 |
0,38 |
0,15±0,03 |
0,14 |
– |
|
Co |
9,4±2,7 |
8,6 |
0,7±0,4 |
0,8 |
11,2±3,1 |
11,6 |
1,0±0,3 |
1,0 |
11 |
|
Cr |
51±14 |
48 |
< 1,0 |
62±17 |
66 |
< 1,0 |
61 |
||
|
Cu |
16±4 |
15 |
0,8±0,4 |
0,4 |
20±5 |
21 |
0,4±0,2 |
0,3 |
43 |
|
Ni |
34±8 |
33 |
2,0±1,1 |
1,6 |
38±9 |
38 |
1,8±0,4 |
1,7 |
40 |
|
Pb |
*19±4 |
*18 |
*2,5±0,5 |
*2,6 |
19±5 |
17 |
2,8±1,1 |
2,4 |
18 |
|
Zn |
66±20 |
62 |
7,8±3,1 |
6,2 |
71±2 |
65 |
5,6±2,5 |
5,7 |
92 |
Примечание. 1 – рекреационные зоны, 2 – зоны влияния автомагистралей. * – n равно 13 (исключены значения, превышающие ОДК). Прочерк – нет данных.
В супесчаных почвах обнаружено превышение ориентировочно допустимых концентраций (ОДК) Ni и Zn по ГН 2.1.7.2511-09. Причина данного факта видится не в техногенном загрязнении окружающей среды, а в региональной геохимической специфике изученной территории – естественном повышенном содержании этих элементов в почвах, а также низких значениях ОДК, не учитывающих подобные явления природы. В рекреационных зонах г. Новосибирска встречаются локальные техногенно загрязненные участки: в двух обследованных точках было зафиксировано превышение ОДК Pb – 39 и 67 мг/кг, при нормируемом значении 32 мг/кг по ГН 2.1.7.2511-09 (для песчаных и супесчаных почв). Здесь же превышена предельно допустимая концентрация (ПДК) подвижной формы элемента – 10 и 20 мг/кг, при нормируемом значении 6 мг/кг по ГН 2.1.7.2041-06.
В почвенных образцах, отобранных в зоне влияния Новосибирского оловянного комбината, содержится значительно больше Sn – от 15 до 95 мг/кг при среднем содержании 2-3 мг/кг в остальных пробах, содержание As также увеличено и превышает ПДК. Менее значительное превышение ПДК по As отмечается и в некоторых других точках, но имеет природное происхождение и характерно для Западной Сибири в целом [4]. Содержание Hg существенно ниже ПДК (2,1 мг/кг) и в среднем составляет 0,005-0,010 мг/кг почвы.
Содержание всех исследованных ТМ в растениях рекреационных зон в среднем выше, чем у растений, произрастающих вдоль автомагистралей, однако в большинстве случаев эта разница статистически не значима (рис. 1). Подобное явление отмечается в надземной и подземной части ромашки, полыни, тысячелистника, гулявника, а также корнях тмина и молочая (табл. 2). В исследуемых выборках более чем в половине случаев проявляется анормальное распределение некоторых ХЭ, поэтому для удобства сравнения в таблице 2 во всех случаях приведены медианные значения (совпадающие со средними арифметическими значениями в нормально распределенных выборках). Более высокие медианные значения содержания исследованных ХЭ среди рассматриваемых видов растений в основном характерны для корней крапивы, ромашки, подорожника, в надземной части – для полыни и крапивы.
Следует отдельно отметить, что в растениях, произрастающих в зоне влияния Новосибирского оловянного комбината, существенно отличается количество олова и мышьяка. Содержание олова в корнях изменяется от 2 до 28 мг/кг, в наземной части – от 0,2 до 2,6 мг/кг (в зависимости от вида растения, степени удаленности и т.п.), в остальных же пробах – около 1 мг/кг в корнях и менее 0,1 мг/кг в наземной части растений. Мышьяк, как сопутствующий элемент, обнаруживается в корнях в количестве от 3 до 15 мг/кг, однако в наземной части уже ниже предела обнаружения, как и во всех остальных пробах.
Таблица 2
Содержание химических элементов в растениях, мг/кг
|
Пробы |
n |
Зола, % |
ХЭ (Med) |
||||||
|
Сd |
Co |
Cr |
Cu |
Ni |
Pb |
Zn |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
P. major – подорожник большой |
||||||||
|
1 |
15 |
16,0 12,2 |
0,56 1,13 |
0,56 1,00 |
1,07 4,84 |
9,7 25,0 |
1,57 4,57 |
0,79 3,68 |
28,2 73,7 |
|
2 |
36 |
16,0 14,5 |
0,48 0,89 |
0,50 1,52 |
0,56 6,56 |
10,0 25,7 |
1,51 5,40 |
0,79 1,85 |
36,9 85,9 |
|
3 |
10 |
18,5 |
0,87 |
0,53 |
3,66 |
21,9 |
2,98 |
2,30 |
27,0 |
|
Ch. recutita – ромашка лекарственная |
|||||||||
|
1 |
8 |
10,5 10,9 |
0,40 1,18 |
0,41 1,11 |
0,34 5,52 |
17,0 30,5 |
1,57 3,98 |
0,75 4,43 |
34,0 43,5 |
|
2 |
22 |
9,0 7,3 |
0,36 0,62 |
0,33 0,57 |
0,33 2,89 |
16,5 20,7 |
1,49 2,58 |
0,49 0,80 |
19,3 28,1 |
|
3 |
10 |
11,6 |
0,52 |
0,42 |
2,21 |
25,7 |
3,06 |
0,87 |
31,9 |
|
U. cannabina – крапива двудомная |
|||||||||
|
1 |
9 |
15,9 11,0 |
0,71 0,77 |
0,58 0,83 |
0,49 3,98 |
27,6 29,9 |
2,26 5,13 |
1,11 2,01 |
29,8 56,2 |
|
2 |
12 |
17,1 14,9 |
0,51 1,03 |
0,57 1,58 |
0,69 9,61 |
10,7 15,2 |
2,32 7,08 |
0,98 4,24 |
21,9 67,8 |
|
3 |
10 |
16,1 |
0,49 |
0,13 |
3,50 |
13,0 |
1,56 |
1,00 |
27,0 |
|
Ach. millefolium – тысячелистник обыкновенный |
|||||||||
|
1 |
11 |
8,5 9,5 |
0,42 1,05 |
0,27 1,09 |
1,24 6,03 |
15,1 21,6 |
1,54 3,09 |
0,46 3,52 |
32,5 64,4 |
|
2 |
18 |
8,5 8,0 |
0,27 0,43 |
0,25 0,55 |
1,13 4,50 |
11,7 15,6 |
1,12 2,47 |
0,36 0,75 |
20,8 22,3 |
|
3 |
10 |
6,9 |
0,52 |
0,14 |
0,94 |
11,3 |
2,22 |
0,56 |
25,0 |
|
Ch. majus – чистотел большой |
|||||||||
|
1 |
4 |
14,7 12,1 |
0,71 0,92 |
0,46 0,56 |
0,30 2,91 |
13,4 18,1 |
1,73 2,40 |
0,62 1,02 |
25,5 38,2 |
|
2 |
7 |
14,4 10,0 |
0,34 0,47 |
0,38 0,47 |
0,24 2,73 |
11,9 20,7 |
1,57 2,66 |
0,60 1,08 |
22,5 49,8 |
|
3 |
10 |
12,4 |
0,36 |
0,16 |
2,72 |
7,8 |
2,58 |
0,81 |
49,9 |
Продолжение таблицы 2
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
A. sieversiana – полынь Сиверса |
|||||||||
|
1 |
10 |
12,6 7,7 |
0,75 0,71 |
0,78 0,28 |
0,93 2,07 |
22,8 12,2 |
2,57 1,74 |
1,51 0,96 |
36,5 23,0 |
|
2 |
22 |
13,2* 6,9 |
0,69 0,63 |
0,66 0,20 |
0,89 1,93 |
18,6 9,5 |
2,20 1,51 |
0,91 0,75 |
30,4 16,3 |
|
3** |
10 |
6,5 |
0,47 |
0,14 |
0,58 |
13,0 |
1,64 |
0,76 |
19,2 |
|
T. officinale – одуванчик обыкновенный |
|||||||||
|
1 |
15 |
15,7 6,7 |
0,45 0,47 |
0,39 0,40 |
0,53 2,37 |
9,9 19,0 |
1,62 2,47 |
0,47 0,93 |
23,7 25,3 |
|
2 |
35 |
14,9 7,2 |
0,37 0,40 |
0,38 0,40 |
1,15 3,33 |
11,5 17,2 |
1,39 2,26 |
0,50 0,64 |
24,8 25,7 |
|
3*** |
10 |
5,4 |
0,56 |
0,34 |
1,36 |
13,4 |
2,32 |
1,00 |
14,3 |
|
C. carvi – тмин обыкновенный |
|||||||||
|
1 |
8 |
8,8 8,6 |
0,25 0,58 |
0,19 0,46 |
0,13 2,13 |
10,2 22,3 |
1,21 4,79 |
0,29 0,62 |
20,9 47,4 |
|
2 |
14 |
7,9 6,4 |
0,23 0,38 |
0,23 0,36 |
0,12 1,57 |
12,7 21,0 |
1,43 4,33 |
0,39 0,69 |
20,5 39,5 |
|
C. intybus – цикорий обыкновенный |
|||||||||
|
1 |
10 |
6,5 6,1 |
0,39 0,44 |
0,14 0,20 |
0,13 2,33 |
9,2 14,6 |
1,64 1,72 |
0,20 0,27 |
18,2 23,7 |
|
2 |
25 |
8,8 7,8 |
0,40 0,59 |
0,32 0,45 |
0,31 3,08 |
14,2 23,6 |
1,45 2,89 |
0,46 1,47 |
24,4 28,5 |
|
S. loeselii – гулявник Лезеля |
|||||||||
|
1 |
12 |
9,1 6,3 |
0,46 0,49 |
0,37 0,44 |
0,56 2,66 |
5,8 4,7 |
1,88 3,43 |
0,66 0,49 |
20,2 20,3 |
|
2 |
28 |
9,9 7,7 |
0,41 0,43 |
0,30 0,32 |
0,35 1,88 |
3,7 3,8 |
1,02 2,01 |
0,59 0,53 |
19,5 19,7 |
|
E. virgata – молочай лозный |
|||||||||
|
1 |
9 |
5,8 6,1 |
0,36 0,99 |
0,36 0,99 |
0,17 3,22 |
5,9 8,8 |
1,16 3,40 |
0,90 0,63 |
19,8 38,0 |
|
2 |
18 |
7,0 5,1 |
0,58 0,60 |
0,58 0,60 |
0,24 1,81 |
7,4 8,1 |
1,67 3,28 |
0,37 0,54 |
21,7 32,5 |
|
Кларк в растениях суши [6] |
|||||||||
|
|
0,005 |
1,0 |
1,8 |
10 |
2,0 |
2,5 |
50 |
||
Примечание: 1 – рекреационные зоны, 2 – транспортные зоны, 3 – аптечное сырье. В числителе – надземная часть, в знаменателе – подземная часть. Жирным шрифтом выделены статистически значимо отличающиеся показатели. * – превышено допустимое содержание золы по ГФ [2]. ** – Artemisia absinthium L. *** – подземная часть. Содержание мышьяка и ртути ниже предела обнаружения.
В аптечном сырье ромашки, крапивы, чистотела статистически значимо выше количество хрома, в подорожнике – меди и свинца, а в крапиве, чистотеле и полыни меньше кобальта. Следует отметить, что в научной медицине используется Artemisia absinthium L., мы же исследовали вид A. sieversiana, более широко распространенный на территории Сибири и рассматривающийся в качестве фармакопейного аналога, поэтому в данном случае сравнение с аптечным сырьем не совсем корректно.
С увеличением техногенной нагрузки видовые различия в накоплении ТМ большинством видов растений закономерно уменьшаются [7]. Однако значения Ккб у исследованных видов растений разных систематических групп существенно отличаются – как в рекреационных зонах, так и в зонах влияния автомагистралей (рис. 2). Ккб хрома достигает самых высоких показателей, но не приведен на рис. 2, так как значительно варьирует внутри вида (от 2-8 до 2-68 в зависимости от точки отбора) и медианное значение не отражает наблюдаемой картины.
Заключение
Полученные результаты свидетельствуют о том, что содержание исследуемых химических элементов в почвенно-растительном покрове вдоль автомагистралей и в рекреационных зонах г. Новосибирска в основном не превышает допустимых уровней. Влияние автотранспорта на загрязнение городских почв относительно низкое. Аномальное содержание отдельных ХЭ наблюдается в зоне влияния оловокомбината. Статистически значимой разницы между количеством исследуемых ХЭ в почвах и растениях вдоль автомагистралей и рекреационных зон в основном не обнаружено, как и в растительных образцах пробных площадок и аптечном сырье. Количество ТМ в растениях в целом несколько ниже либо соответствует кларковым значениям содержания ХЭ в растительности суши, за исключением кадмия и, в некоторых случаях, меди. Оценка всех исследуемых видов как аптечного сырья свидетельствует об отсутствии превышений допустимых значений содержания нормируемых ХЭ по СанПиН 2.3.2.1078-01 (для БАД на растительной основе), превышение допустимого [2] содержания общей золы отмечается лишь для отдельных проб полыни.
Работа выполнена при поддержке муниципального гранта мэрии г. Новосибирска “Особенности экологического состояния почвенно-растительного покрова вдоль автомагистралей и в рекреационных зонах г. Новосибирска” (Договор № 60 от 21.07.15).
Надземная часть
Подземная часть
Рис. 1. Содержание ХЭ в растениях (медиана, межквартильный размах, минимальное и максимальное значение, выбросы)
Рекреационная зона
Транспортная зона
Рис. 2. Коэффициент корневого барьера растений
Рецензенты:
Сысо А.И., д.б.н., врио директора Института, ФГБУН Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, г. Новосибирск;
Высочина Г.И., д.б.н., проф., Зав. лаборатории фитохимии, ФГБУН Центральный сибирский ботанический сад СО РАН, г. Новосибирск.