Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ОСОБЕННОСТИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА ВДОЛЬ АВТОМАГИСТРАЛЕЙ И В РЕКРЕАЦИОННЫХ ЗОНАХ Г. НОВОСИБИРСКА

Мяделец М.А. 1 Сиромля Т.И. 1
1 Институт почвоведения и агрохимии СО РАН
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 химических элементов наблюдается в зоне влияния оловокомбината. Статистически значимой разницы между количеством исследуемых химических элементов в почвах и растениях вдоль автомагистралей и рекреационных зон в основном не обнаружено, как и в растительных образцах пробных площадок и аптечном сырье. Количество тяжелых металлов в растениях в целом несколько ниже либо соответствует кларковым значениям содержания химических элементов 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 химических элементов по СанПиН 2.3.2.1078-01 (для БАД на растительной основе), превышение допустимого содержания общей золы отмечается лишь для отдельных проб полыни. Степень поглощения химических элементов растениями существенно отличается у видов разных систематических групп, значения коэффициента корневого барьера в отношении хрома значительно варьируют внутри вида.
химические элементы
лекарственные растения
почва
рекреационные зоны
придорожные территории автомагистралей
1. Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Новосибирской области в 2011 году / ред. Ю.Ю. Марченко Департамент природных ресурсов и охраны окружающей среды Новосибирской области. – Новосибирск, 2012. – 148 с.
2. Государственная фармакопея СССР XI издания. Вып. 2. Общие методы анализа. Лекарственное растительное сырье. – М.: Медицина, 1990. – 399 с.
3. Жесткова Д.Б., Чеснокова Е.В., Уромова И.П. Анализ флоры городских территорий вдоль автомагистралей Нижнего Новгорода // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. – 2013. – №1 (1). – С. 140-145.
4. Ильин В. Б., Сысо А.И. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. – 229 с.
5. Попова Л.Ф., Наквасина Е.Н. Нормирование качества городских почв и организация почвенно-химического мониторинга. – Архангельск, 2014. – 108 с.
6. Романкевич Е.А. Живое вещество Земли (биогеохимические аспекты проблемы) // Геохимия. – 1988. – № 2. – С. 292-306.
7. Чаплыгин В. А. Накопление и распределение тяжелых металлов в травянистой растительности техногенных ландшафтов Нижнего Дона: дисс. канд. биол. наук. – Ростов-н/Д., 2014. – 193 с.
8. Шапурко В.Н. Ресурсы и экологическое качество лекарственных растений (на примере Брянской области): дисс. канд. биол. наук. – Брянск, 2014. – 304. с.
9. Якубов Х.Г. Экологический мониторинг зеленых насаждений в Москве. – М.: ООО Стагирит-Н, 2005. – 264 с.
10. Fritsche M., Becker G. Schadstoffgehalte von Bankettschäl und Kehrgut und deren umweltverträgliche Entsorgung. Forschungsbericht FE-№.; 03.222 R 90 l, 1992. Fachhochschule Münster – 165 p.
         Город является ведущей формой территориальной и социально-экономической организации современного общества, в его пределах концентрируется и используется огромное количество вещества и энергии, весьма радикально преобразующих природную среду. В результате регулярного антропогенного и техногенного воздействия происходит неизбежное ухудшение экологического состояния урбоэкосистем в целом и почвенно-растительного покрова в частности [5]. В настоящее время вклад автотранспорта в загрязнение атмосферы считается доминирующим и достигает 70-90 % в различных регионах [9] и по более 50% Новосибирской области (НСО) [1]. В почвы придорожных экосистем с продуктами сгорания топлива, аэрозольными частицами (за счет коррозии металлических частей автомобилей, износа колес и тормозных колодок, проезжих частей дорог и т.д.) постоянно поступает широкий спектр тяжелых металлов (ТМ) [10], оказывающих существенное влияние на придорожный растительный покров. Актуальным является изучение содержания и распределения химических элементов (ХЭ) в организме растений, произрастающих в условиях антропогенно измененных экосистем и, в частности, изменение качества растительного сырья, используемого в фармакологической промышленности [8].

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.


Библиографическая ссылка

Мяделец М.А., Сиромля Т.И. ОСОБЕННОСТИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА ВДОЛЬ АВТОМАГИСТРАЛЕЙ И В РЕКРЕАЦИОННЫХ ЗОНАХ Г. НОВОСИБИРСКА // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 5. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=22706 (дата обращения: 27.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074