О Карпин - Важкі метали як компонент нафтового забруднення Ґрунту - страница 1

Страницы:
1 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ VISNYK OF LVIV UNIV.

Серія біологічна. 2009. Вип. 50. С. 177-181    Biology series. 2009. Is. 50. P. 177-181

УДК 581.144.2+581.524+581.55

ВАЖКІ МЕТАЛИ ЯК КОМПОНЕНТ НАФТОВОГО ЗАБРУДНЕННЯ ҐРУНТУ

О. Карпин*, Н. Джура*, О. Цвілинюк*, О. Терек*, З. Диньо**, Л. Шимон**

Львівський національний університет імені Івана Франка вул. Грушевського, 4, Львів 79005, Україна е-mail: olgakarpyn@gmail.com Вища школа м. Ньіредьгаза вул. Шошто, 31/Б, Ньіредьгаза 4400, Угорщина

Досліджено вплив нафтового забруднення на вміст важких металів у ґрунті та рослинах Carex hirta L. і Vicia faba L. У модельному експери­менті не встановлено прямого зв'язку між одноразовим нафтохімічним забрудненням і підвищенням вмісту важких металів у ґрунті. Концентра­ція важких металів у ґрунті, забрудненому нафтою, практично не відріз­нялася від контролю. Рослини Carex hirta, які росли на ґрунті з нафтою, містили у надземній частині значно вищі концентрації важких металів, аніж у контролі.

Ключові слова: нафтове забруднення, важкі метали, ґрунт, Carex hirta, Vi-cia faba.

Нафтове забруднення створює несприятливі для росту рослин умови. Під впли­вом компонентів нафти у ґрунті змінюється окисно-відновна рівновага, порушуються водний режим і газообмін. Леткі ароматичні вуглеводні є токсичними для рослин і мік­роорганізмів. Окрім органічних компонентів, до складу нафти належать важкі метали (ВМ), котрі можуть бути додатковим чинником негативного впливу на рослини. Відо­мо, що важкі метали швидко нагромаджуються у ґрунті й надзвичайно повільно з нього виводяться. Ще однією особливістю ВМ є те, що накопичуються вони, здебільшого, у верхньому родючому шарі ґрунту, де становлять пряму небезпеку для рослин і мікроор­ганізмів [16]. Вважають, що важкі метали на рівні з вуглеводнями впливають на родючість нафтозабрудненого ґрунту [5, 9]. Токсичний вплив ВМ спрямований, у пер­шу чергу, на ферментативні процеси, які здійснюються ґрунтовими мікроорганізмами. Тривала присутність ВМ у ґрунті спричиняє зниження мікробної біомаси, зменшення кількості мікроорганізмів у популяції, пригнічує процеси мінералізації органічних речо­вин і, як наслідок, створює у ґрунті умови, несприятливі для росту рослин [15]. Тому під час оцінки токсичності нафтозабрудненого ґрунту важливо враховувати не лише загальний вміст вуглеводнів, а й концентрацію важких металів [8, 9, 11, 13, 14].

Нами визначено вміст важких металів у нафтозабрудненому ґрунті й у рослинах Carex hirta і Vicia faba, котрі росли в умовах нафтового забруднення (табл. 1, 2).

Для досліду використовували нафту, видобуту на території м. Борислава. Підго­товку ґрунту і рослин для аналізу на вміст важких металів проводили за такою схемою. У ґрунт вносили нафту в концентрації 50 г/кг. Через три тижні (цей період необхідний для вивітрювання найбільш токсичних вуглеводнів) висаджували рослини Carex hirta та насіння Vicia faba. Рослини осоки аналізували на вміст важких металів через місяць піс­ля пересадки у нафтозабруднений ґрунт, рослини бобу - через місяць після посіву. Як контроль використовували ґрунт без нафти і рослини, котрі росли на ньому. Концентра­цію металів у сухому ґрунті й рослинному матеріалі вимірювали на рентгено-

© Карпин О., Джура Н., Цвілинюк О. та ін., 2009

Таблиця 1

Загальний вміст важких металів у нафтозабрудненому ґрунті й рослинах Carex hirta, які зросли на ньому, мг кг-1 маси сухої речовини

Важкі

Ґрунт

Надземна частина

Кореневища

метали

Контроль (без нафти)

50 г/кг нафти

Контроль (без нафти)

50 г/кг нафти

Контроль (без нафти)

50 г/кг нафти

Mn

370,3±9,8

366,3±9,6

98,9±3,8

912,0±5,1

39,1±6,7

104,2±8,8

Zn

28,9±0,8

29,7±0,9

74,4±0,8

295,4±1,2

19,6±1,2

25,0±1,9

Cr

113,4±9,8

92,6±9,9

8,7±0,2

34,0±2,1

5,0±0,2

17,1±5,1

V

66,6±10,0

57,4±9,5

4,7±0,1

24,0±0,1

2,3±0,4

3,5±0,3

Cu

9,8±1,0

9,4±1,2

18,3±0,6

96,3±0,6

6,2±0,4

9,8±0,8

Ni

8,9±0,1

8,8±1,0

1,4±0,6

12,2±0,6

0,9±0,1

2,0±0,1

Mo

7,8±0,1

7,2±0,1

3,8±0,1

12,0±0,1

2,8±0,1

2,8±0,2

Co

27±1,1

27±1,2

2,8±0,1

15,0±0,8

1,6±0,1

3,8±0,4

Cd

1,2±0,1

1,4±0,1

0,8±0,1

2,3±0,1

1,2±0,1

1,3±0,1

Sn

6,0±0,1

6,0±0,1

1,4±0,1

3,7±0,1

1,4±0,1

1,3±0,1

Hg

2,7±0,1

2,7±0,1

1,2±0,1

5,4±0,1

0,5±0,1

0,4±0,1

Pb

As

8,1±0,8 2,6±0,2

8,3±0,8 2,7±0,2

1,1±0,1

0,5±0,1

4,5±0,1

2,1±0,1

0,7±0,1 0,2±0,1

1,6±0,4 0,2±0,1

флуоресцентному спектрометрі Spectro Xepos (Інститут сільськогосподарських і моле­кулярних досліджень Вищої школи м. Ніредьгаза).

Райони нафтовидобутку зазвичай характеризуються підвищеним вмістом важких металів, а нафтова промисловість вважається одним із основних джерел забруднення довкілля цими токсичними елементами [2, 4, 6]. Зокрема, під час дослідження ґрунтів території м. Борислава встановлено, що на ділянках із підвищеним вмістом нафтопродуктів концентрації V, Zn, Cd, Ni, Оо, Cu були вищими за фонові [2].

У нафтозабрудненому ґрунті, на якому зросли рослини Carex hirta, концентрація важких металів достовірно не відрізнялася від значень у контролі. У забрудненому наф­тою ґрунті, на якому зросли рослини Vicia faba, лише нікелю та цинку було більше, ніж у контролі. Концентрація усіх інших важких металів або перебувала на рівні контролю, або була навіть нижчою (Mn, Cr, Cd та Mo). Імовірно, внесення нафти у ґрунт не спри­чинило нагромадження в ньому важких металів. У місцях нафтопромислу, де нафтові розливи відбуваються хронічно, підвищений вміст важких металів у ґрунті можна пояс­нити їх нагромадженням і акумуляцією. Одноразове ж внесення нафти у ґрунт могло не призвести до значного підвищення концентрації важких металів. Відсутність достовір­ної різниці загального вмісту Cr, Ni, V у ґрунтах нафтозабрудненої та фонової територій, а також те, що вміст цих металів зростав із глибиною, автори [10] пояснюють геогенним походженням цих металів і низьким вмістом їх у нафті. Адже відомо, що різні типи нафти значно різняться за вмістом важких металів. Іншим можливим пояс­ненням утримання концентрації ВМ у грунті, забрудненому нафтою, на рівні контролю, може бути поглинання важких металів рослинами.

Відомо, що рослини можуть нагромаджувати великі кількості важких металів [7, 12, 15]. Існує тісна позитивна кореляція між вмістом і рухомістю елемента в ґрунті та його вмістом у рослині. За ступенем зменшення коефіцієнта нагромадження у рослинах

Таблиця 2

Загальний вміст важких металів у нафтозабрудненому ґрунті та рослинах Vicia faba, які зросли на ньому, мг кг-1 маси сухої речовини

Важкі

Ґрунт

Надземна частина

Корені

метали

Контроль (без нафти)

50 г/кг нафти

Контроль (без нафти)

50 г/кг нафти

Контроль (без нафти)

50 г/кг нафти

Mn

454,1±9,8

406,4±9,5

174,8±3,8

564,1±5,8

274±6,7

775,5±8,8

Zn

22,2±0,8

26,9±0,9

77,9±0,8

202,8±1,2

99,2±1,2

302,4±1,9

Cr

285,0±9,8

263,0±9,9

5,1±0,2

5,1±2,5

187,9±7,6

134,7±6,7

V

66±10,0

49,2±9,5

2,4±0,1

3,2±0,1

35,7±5,6

16,5±3,9

Ni

4,4±1,1

7,7±1,2

6,0±0,6

5,1±0,6

55,7±1,4

42,5±1,3

Cu

7,2±1,0

6,5±1,0

13,8±0,6

13,6±0,6

13,2±0,8

13,2±0,8

Mo

5,0±0,1

4,5±0,1

2,9±0,1

3,1±0,1

3,7±0,1

3,5±0,1

Co

18,1±1,1

19,8±1,2

1,1±0,8

1,5±0,8

17,1±1,1

10,4±1,2

Cd

3,0±0,1

2,4±0,1

1,3±0,1

1,3±0,1

2,0±0,1

1,9±0,1

Sn

6,0±0,1

6,0±0,1

1,3±0,1

1,2±0,1

0,9±0,1

6,0±0,1

Hg

1,4±0,1

1,4±0,1

0,7±0,1

0,6±0,1

1,1±0,1

1,2±0,1

Pb

As

13,1±0,8 2,3±0,2

12,6±0,8 1,5±0,2

0,4±0,1

0,3±0,1

0,6±0,1 0,3±0,1

7,2±0,6 1,0±0,2

5,4±0,7 0,9±0,2

важкі метали утворюють ряд: Cd>Zn>Cu>Cr>Co>Ni. Значення коефіцієнта нагромад­ження для різних рослин варіює залежно від ґрунтових умов та біологічних особливо­стей виду рослини. Максимальною здатністю нагромаджувати важкі метали володіють бобові, листкові овочі, трави та зернові культури. Надлишковому накопиченню елементів у рослинах сприяють: зміна рН ґрунту, нестача вологи, підвищена температу­ра та низька буферна ємність ґрунту [1]. Усі перелічені показники властиві для ґрунту, забрудненого нафтою.

У рослин Carex hirta, котрі зросли на ґрунті, забрудненому нафтою, концентрація важких металів у надземній частині була значно вищою, ніж у контролю. Концентрація важких металів у надземній частині рослин осоки перевищувала контрольні значення: Ni та Mn - у 9 разів; Cu, Co - у 5 разів; Hg - у 4,5 разу; Zn, Cr, V, Pb, As, Cd - у 4 рази; Mo - у 3 рази. Вміст важких металів у кореневищах рослин осоки був істотно нижчим, ніж у надземній частині. Закономірність підвищення вмісту важких металів під впливом нафтового забруднення зберігалась і у кореневищах Carex hirta (для усіх важких мета­лів, окрім Cd, Sn, Hg, As, Mo). Цікавим виявився факт нагромадження важких металів у надземній частині рослин осоки, адже відомо, що акумуляція рослинами важких металів у високих концентраціях відбувається, здебільшого, в коренях. Хоча відомі випадки, коли листя рослин містило в кілька разів більше важких металів, ніж корені. Зокрема, листя колосняка концентрує приблизно 18% доступної для рослини рухомої міді. Овес нагромаджує цей елемент, в основному, в коренях - до 980 мг/кг, а у надземну частину потрапляє близько 22 мг/кг [3]. Доведено, що на межі корінь-стебло затримується над­ходження ВМ у надземну частину рослин кропу, цибулі, огірків. Водночас, листя зеле­ного салату може накопичувати в 1 кг абсолютно сухої маси листків практично такі ж концентрації міді та нікелю, які містяться в 1 кг абсолютно сухого ґрунту, забрудненого цими важкими металами. Очевидно, при нагромадженні важких металів у надземнійчастині рослинний організм задіює інші захисні механізми для знешкодження важких металів. Зокрема, важкі метали можуть зв' язуватися фітохелатинами, органічними ки­слотами й іммобілізуватись у вакуолі [3].

Функціонування фізіологічного бар' єру на межі корінь-стебло, яке вважається одним із найефективніших способів захисту фотосинтезувального апарату рослин від контакту з важкими металами, простежується у рослин Vicia faba. У рослинах бобу важ­кі метали нагромаджуються в коренях у більших кількостях, ніж у надземній частині. Припускають, що система апопласту толерантних рослин діє у ролі акумулюючої систе­ми і, таким чином, зумовлює стійкість таких рослин до важких металів. Різниця між вмістом важких металів у рослинах бобу, котрі зросли на ґрунті з нафтою, та у рослинах контролю не спостерігається. Виняток становлять лише манган, олово та цинк, вміст яких підвищується у рослинах під впливом нафти.

Таким чином, нафтове забруднення ґрунту не вплинуло на нагромадження важ­ких металів рослинами Vicia faba. Ростучи на ґрунті, забрудненому нафтою, рослини Carex hirta не лише пристосовуються до несприятливих умов, створених нафтою, а й поглинають із ґрунту важкі метали.

1. Ринькис Г. Я., Ноллендорф В. Ф. Сбалансированное питание растений макро- и микроэлементами. Рига: Зинатне, 1982. 276 с.

2. Романюк О. І., Дудок І. В., Ощаповський І. В., Кучманич Н. Вплив довготривалої експлуатації Бориславського нафтового родовища на стан ґрунтів м. Борислава // Технології підземного видобутку корисних копалин. Рудникова аерологія та безпе­ка праці. Геологія: Матеріали міжнар. конф. Дніпропетровськ, 2006. С. 240-247.

3. Тарабрин В. П. Механизмы устойчивости растений к загрязнению среды тяжелыми металлами // Сб. науч. трудов. К.: Наук. думка, 1984. С. 34-36.

4. Adeniyi A., Afolabi J. Determination of total hydrocarbons and heavy metals in soils within the vicinity of facilities handling refined petroleum products in Lagos metropo­lis // Environ. hit. 2002. N 28. P. 79-82.

5. Amadi A., Abbey S. D., Nma A. Chronic effects of oil spill on soil properties and micro­flora of a rainforest ecosystem in Nigeria // Water, Air Soil Pollut. 1996. N 86. P. 1-11.

6. Fiedler S., Siebe C., Herre A. et al. Contribution of oil industry to environmental loads of heavy metals in the Tobasco Lowlands, Mexico // Water, Air Soil Pollut. 2009. N 197. P. 35-47.

7. Freedman B. Environmental ecology: The impacts of pollution and other stresses on eco­system structure and function. New York: Academic Press, 1996. P. 54-62.

8. Hewari J., Beaulie C., Oullete D. et al. Determination of petroleum hydrocarbons in soil: SFE versus Soxhlet and water effect on recovery // Int. J. Environ. Anal. Chem. 1995. N 60. P. 123-137.

9. Kelly J. J., Tate R. L. Effects of heavy metals contamination and remediation on soil micro­bial communities in the vicinity of a Zn smelter // J. Environ. Qual. 1998. N 27. P. 609-617.

10. Manriquez L., Moreno A., Tenorio R. E., & Herrera D. Guide to world crudes. Four Mexican crude assays updated. // Oil & Gas J. 2000. N 15. P. 54-57.

11. MassoudM. S., Al-Abdali F., Al-Ghadban A. N., Al-Sarawi M. Bottom sediments of the Arabian Gulf: II. TPH and TOC contents as indicators of oil pollution and implications for the effect and fate of the Kuwait oil slick // Environ. Pollut. 1996. N 93. P. 27-284.

12. Nourteva P., Elberg K. Levels of cadmium and some other metals in insects // Proc. XXIV Nord. Congr. Entomol. (Tartu, Estonia, 1999). P. 125-137.

13. Onianwa P. Petroleum hydrocarbon pollution of urban top soil in Ibadan City, Nigeria // Environ. Int. 1995. N 21. P. 341-343.

14. Onyeike E., Ogbuja S., Nwinuka N. Inorganic Ion Levels of Soils and Streams in some Areas of Ogoniland, Nigeria as Affected by Crude Oil Spillage // Environmental Moni­toring and Assessment. 2002. Vol. 73. N 2. P. 191-204.

15. Sotsky J. B., Greer C. W., Atlas R. M. Frequency of genes in aromatic and aliphatic hy­drocarbon biodegradation pathways within bacterial population from Alaskan sedi­ments // Can. J. Microb. 1994. N 40. P. 981-985.

16. Smith I., Ferguson T. L., Carson B. L. Metals in new and used petroleum products and by­products: quantities and consequences. New York: Elsevier, 1999. P. 124-144.

HEAVY METALS AS THE COMPONENT OF OIL POLLUTION

O. Karpyn*, N. Djura*, O. Tsvilуnjuk*, O. Terek*, Z. Dinya**, L. Simon**

Ivan Franko National University of Lviv 4, Hrushevskyi St., Lviv 79005, Ukraine e-mail: olgakarpyn@ukr.net College of Nyiregyhaza No 31/b, Sostoi St., Nyiregyhаza 4400, Hungary

The influence of oil pollution on the amount of heavy metals in soil and Carex hirta L. and Vicia faba L. .plants was investigated. There was no direct con­nection between model oil pollution and heavy metals increase in soil. The con­centration of heavy metals in oil polluted soil, did not significantly differ the con­trol. Carex hirta pants growing on the oily soil contained significantly higher con­centrations of heavy metals in aboveground part than the control ones.

Key words: oil pollution, heavy metals, soil, Carex hirta, Vicia faba.

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ КАК КОМПОНЕНТ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ

О. Карпин*, Н. Джура*, О. Цвилынюк*, О. Терек*, З. Диньо**, Л. Шимон**

Львовский национальный университет имени Ивана Франко ул. Грушевского, 4, Львов 79005, Украина e-mail: olgakarpyn@ukr.net Высшая школа г. Ньиредьхаза ул. Шошто, 31/б, Ньиредьхаза,4400, Венгрия

Исследовано влияние нефтяного загрязнения на содержание тяже­лых металлов в почве и растениях Carex hirta L. и Vicia faba L.. В модель­ном эксперименте не установлена прямая связь между одноразовым неф­техимическим загрязнением и повышением содержания тяжелых металлов в почве. Концентрация тяжелых металлов в почве, загрязненной нефтью, практически не отличалась от контроля. Растения Carex hirta, которые рас-ли на почве с нефтью, содержали в надземной части значительно высшие концентрации тяжелых металлов, чем контроль.

Ключевые слова: нефтяное загрязнение, тяжелые металлы, почва, Carex hirta, Vicia faba.

Стаття надійшла до редколегії 12.03.09 Прийнята до друку 28.04.09

Страницы:
1 


Похожие статьи

О Карпин - Важкі метали як компонент нафтового забруднення Ґрунту