В Козловський, Н Романюк, О Терек - Важкі метали у ґрунтах та рослинах заплави ріки тиса - страница 1

Страницы:
1  2  3  4 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ VISNYK OF L'VIV UNIV.

Серія біологічна. 2005. Вип. 40. С. 35-50 Biology series. 2005. Is. 40. P. 35-50

Екологія

УДК 502.7:551:510

ВАЖКІ МЕТАЛИ У ҐРУНТАХ ТА РОСЛИНАХ ЗАПЛАВИ РІКИ ТИСА

В. Козловський*, Н. Романюк**, О. Терек**, І. Чонка***, О. Колесник***, Ш. Болаші****, Н. Бойко***

Інститут екології Карпат НАН України, м. Львів Львівський національний університет імені Івана Франка Ужгородський національний університет, м. Ужгород Педагогічний коледж м.Ніредьгаза, Угорщина

З'ясовано, що забрудненість вод ріки Тиси продуктами виробництва підприємств кольорової металургії негативно позначається на екосистемах заплави: у грунтах та рослинному покриві накопичуються важкі метали. Фізико-хімічні властивості не сприяють накопиченню важких металів у ґрунтовому профілі; водночас за таких умов значною є їхня доступність для рослин. Доведено, що гістохімічний метод виявлення локалізації важких металів у рослинах за допомогою дитизону можна використовувати для по­передньої оцінки їхнього вмісту у рослинах. Із досліджених видів рослин найпридатніші в системі біогеохімічного моніторингу представники родів Salix та Populus; значний ступінь нагромадження Cd і Zn у пагонах верби дає підстави вважати цю рослину придатною для використання з метою фі-торемедіації грунтів.

Ключові слова: важкі метали, біогеохімічний моніторинг, фіторемедіація, заплава р. Тиси.

Поряд із вивченням трансформації екосистем у безпосередній близькості від дже­рел антропогенних емісій об' єктом міжнародного співробітництва стало дослідження рівнів техногенного впливу, коли видимих порушень екосистем не спостерігають. Однак саме ці помірні дози промислових викидів є причиною хронічних повільних порушень стану природного середовища на великих територіях і, на думку деяких авторів, уже при­звели до перевищення концентрацій багатьох забруднювачів на два-три порядки порів­няно із первинними значеннями [25]. Проблема забруднення особливо гостра в тих регіо­нах, де розробляють рудні поклади, діють підприємства кольорової металургії, виробни­чий цикл яких супроводжується викидами (хронічними або аварійними) в навколишнє середовище хімічних елементів. До таких регіонів можна зачислити й долину річки Тиси. Внаслідок двох потужних аварій на гірничо-добувних підприємствах у Румунії 2000 р. (30 січня, в м. Бая-Маре, 10 березня, в м. Борша) концентрація важких металів у водах р. Тиси перевищувала граничнодопустимі концентрації у десятки і сотні разів. Було завдано серйозної шкоди річковій біоті. Внаслідок періодичних повеней і паводків забруднення поширилося й на прилеглі заплавні території, які активно використовують у сільському господарстві і які мають важливе природоохоронне значення.

Поки що, на жаль, немає достатньо надійних та оперативних методів для інтегра­льної оцінки стану екосистем як цілісних природних одиниць. Їхня розробка можлива лише на підставі інформації екологічного моніторингу. Види фонового моніторингу, ме­тодологія та методика досліджень, які пропонують, доволі різні. Однак сьогодні зрозумі­ло, що екологічний моніторинг неможливий без моніторингу геохімічного як його скла­дової частини [7, 11, 29]. Лише у цьому випадку можна фіксувати порівняно слабкі сиг­нали техногенного впливу та виявляти його кумулятивні ефекти.

© Козловський В., Романюк Н., Терек О. та ін., 2005

Мета досліджень - оцінка вмісту пріоритетних елементів-токсикантів в екосисте­мах прируслових ділянок заплави верхньої частини басейну ріки Тиса, пошук рослин-індикаторів забруднення навколишнього середовища важкими металами (ВМ), вивчення характеру розподілу та акумуляції ВМ у тканинах рослин для виявлення перспективних у фіторемедіації видів.

Об'єкти досліджень вибирали у прируслових частинах заплави, не зачеплених сільськогосподарською діяльністю. Умовно район досліджень можна розділити на дві частини: від верхів'я р. Тиси (Україна) до р. Самош (Угорщина) та від р. Самош далі по течії (див. рисунок). Саме річка Самош, яка бере початок у Румунії, є першим значним джерелом забруднення р. Тиси. З огляду на це закладено пробні площі на ділянках як до, так і після впадіння р. Самош у Тису. Площі закладено з урахуванням видового складу рослин-домінантів на забруднених та умовно чистих територіях (див. рисунок).

Відбір, підготовка та хімічний аналіз зразків ґрунту. Класифікація ґрунтів наве­дена за визначником "Почвы СССР" [23]. Відібрані за генетичними горизонтами зразки висушували за кімнатної температури, потім просіювали. Аналітично обробляли дрібно-зем (фракція <1,0 мм). Актуальну кислотність (pH) визначали потенціометрично у водній витяжці, використовуючи співвідношення ґрунт:розчин як 1:2,5, гумус - за Тюріним із спектрофотометричним закінченням [18], ємність катіонного обміну, вміст аморфних гідроксидів Fe+Al - за загальноприйнятими методиками [2]. Ґрунтові зразки готували до аналізу на валовий вміст ВМ послідовною обробкою попередньо прожареної за 450°C проби ґрунту спочатку HF, а потім сумішшю HCl та HNO3 у співвідношенні 3:1 [4].

Відбір та підготовка до аналізу на вміст ВМ зразків рослин. Вміст ВМ визнача­ли у середній пробі, яку утворювали, залежно від маси особин, із 3-5-10-15 рослин, віді­браних на площі 100-200 м2. Проби повітряно сухого рослинного матеріалу озолювали за температури 450°C, точно дотримуючись технології спалювання з метою попередження втрат елементів. Одержану золу після зважування розчиняли розведеною HNO3 [16]. Вміст металів визначали атомно-абсорбційним методом на спектрофотометрі С115М1 у пропан-бутановому полум' ї з використанням дейтерієвого коректора неселективної абсо­рбції. Визначення повторювали тричі. Відносна похибка за Р=95% не перевищувала 7%.

Наявність та розподіл ВМ у рослинних тканинах оцінювали гістохімічно за допомогою дифенілдитіокарбазону, який з іонами двовалентних металів утворює червоні нерозчинні комплекси (дитизонати) [24]. Рослинні зразки відбирали у шести пунктах

Картосхема верхньої частини басейну ріки Тиса.

Закарпатської обл. (заплава р. Тиса) у жовтні 2003 р., наприкінці вегетаційного періоду та у 14 пунктах Закарпатської області й Угорщини в червні 2004 р., в середині вегетації. Поперечні зрізи стебла рослин, відібраних на різних за ступенем забруднення територіях, фарбували протягом 5 хв, після чого надлишок барвника видаляли. Інтенсивність забарв­лення утворених метал-дитизонатних комплексів оцінювали візуально за п' ятибальною шкалою за допомогою світлового мікроскопа.

Вміст ВМ у ґрунтах прируслових ділянок ріки Тиса. Ґрунт з огляду на сукуп­ність його природних ознак має значну буферність до хімічного забруднення [17, 20]. Численні публікації щодо забруднення навколишнього середовища [12, 13, 15] свідчать, що концентрація ВМ у ґрунтах поступово зростає внаслідок глобального і регіонального перенесення забруднень. Забруднення ґрунтів ВМ є дуже тривалим за умови адсорбції глинистими мінералами, зв' язування в стійкі комплексні сполуки з гуміновими кислота­ми, а також внаслідок утворення твердофазових малорозчинних сполук у лужному або відновно-сульфідному середовищі [20-22]. Це призводить до втрати ґрунтом його біо-сферних функцій [11, 19]. Тому проблема виявлення, оцінки, захисту і відновлення ґрун­тів від різних видів забруднень особливо актуальна [8, 13].

На території дослідження переважають алювіальні дернові ґрунти (алювіальні дер­нові шаруваті примітивні та алювіальні дернові шаруваті), які є типовими для прирусло­вої частини заплави. Характерна їхня особливість - слабкий розвиток горизонтів і вира­жена шаруватість. Ґрунтові води часто, хоча і залягають порівняно неглибоко, через лег­кий механічний склад алювію оглеєння ґрунтового профілю не спричинюють. На зниже­них елементах мезорельєфу на шаруватих і неясношаруватих алювіальних відкладах, головно, суглинистого і глинистого механічного складу поширені алювіальні лучні ґрун­ти, серед яких переважають підтипи алювіальних лучних шаруватих примітивних та алю­віальних лучних шаруватих ґрунтів (підтип власне алювіальних лучних ґрунтів трапля­ється рідше). Завдяки важчому механічному складу та неглибокому заляганню ґрунтових вод для цього типу ґрунту характерне оглеєння нижньої частини профілю.

Для характеристики фізико-хімічних властивостей ґрунтів території дослідження обрано ті параметри, які є інформативними щодо ВМ у ґрунтовому профілі (доступність для рослин, можливість акумуляції). Для цього були використані підходи М.А. Глазовсь-кої [8], основою яких є бальна оцінка тих фізико-хімічних властивостей ґрунту, що є ви­значальними у процесах накопичення та трансформації ВМ у ґрунтовому профілі й до­ступності їх для рослин. На території дослідження накопиченню ВМ у ґрунтах сприяє, перш за все, низька кислотність (нейтральне та слабко лужне значення рН), в оглеєних горизонтах ґрунтових розрізів низькі значення окисно-відновного потенціалу. Решта ґрунтових параметрів - низький вміст органічної речовини, легкий механічний склад, невисокий вміст аморфних гідроксидів Fe та Al, невисокі значення ємності катіонного обміну (ЄКО) ґрунтового поглинального комплексу, високі значення окисно-відновного потенціалу - є несприятливими чинниками для накопичення ВМ у ґрунтах.

На підставі використаних ґрунтових параметрів (табл. 1) досліджувані ґрунти за здатністю до акумуляції ВМ належать до ґрунтів з низькою і дуже низькою здатністю (дві нижні градації за шестибальною оцінкою). Доступність ВМ для поглинання рослина­ми у досліджуваних ґрунтах за цією ж методикою середня та нижча від середньої (за ше­стибальною оцінкою). Отже, важкі метали за таких фізико-хімічних властивостей ґрунтів не мають сприятливих умов для накопичення у ґрунтовому профілі й одночасно виявля­ють середню здатність до накопичення у рослинах.

Таблиця 1

Вміст ВМ і фізико-хімічні властивості ґрунтів прируслових ділянок заплави р. Тиси

(Потужність генети­чного горизонту, см

1      І 2

 

 

 

Вміст

Вміс ВМ, мкг/г сухої речовини

рН

С

ЄКО, мг

аморфних

 

 

 

 

 

 

водний

%

екв/100г

гідроксидів Fe+Al, мг/г

Cu

Pb

Zn

Cd

Mn

Fe

_6_

Угорщина, 06.2003

Ad

0-9

8,19

0,83

11,13

4,46

46,0

36,8

264,1

1,33

299

27 890

C al

9-15

7,82

0,02

3,72

2,05

9,5

18,1

140,6

0,50

129

12 040

Ad похов

15-19

8,1

0,41

10,02

3,91

32,0

25,8

171,5

0,80

230

21 870

C al

19-30

8,0

0,01

2,5

2,00

10,0

18,1

137,2

0,43

129

12 040

C al

40-45

8,1

0,01

2,03

1,45

6,5

16,1

109,8

0,40

87

7 920

Домбрат, підтип алювіальних дернових шаруватих ґрунтів

Ad

0-5

8,05

2,15

23,76

6,7

60,0

45,8

243,5

1,27

276

40 880

A1

5-35

7,72

0,62

17,14

5,77

29,8

41,9

161,2

0,67

290

36 450

B

35-65

7,7

0,54

15,32

6,32

24,0

106,5

133,8

0,63

239

33 280

BC

65-80

7,78

0,38

13,85

6,30

23,5

33,5

137,2

0,73

244

33 910

BC

80-100

7,99

0,42

19,86

6,14

30,5

45,2

161,2

0,80

405

43 420

Вашарошнамень, підтип алювіальних лучних шаруватих примітивних ґрунтів

Ad

0-5

8,17

0,93

14,02

5,21

33,0

29,0

168,1

0,80

377

34 860

A1

5-20

7,95

0,98

12,05

5,77

33,0

36,1

113,2

0,50

184

19 650

B

20-50

8,04

0,94

14,73

4,65

42,0

30,3

137,2

0,60

391

37 080

C al

50-80

8,17

0,43

11,88

3,35

25,0

22,6

102,9

0,50

313

27 890

C gl

80-100

8,25

0,44

17,91

3,91

27,5

23,9

99,5

0,50

317

37 080

Мілота, підтип алювіальних дернових шаруватих примітивних ґрунтів

Ad

0-5

8,04

1,15

15,5

3,72

34,0

24,5

102,9

0,40

313

30 740

C al

5-20

8,16

0,54

18,2

3,53

24,5

20,0

85,8

0,27

267

27 890

C al

20-35

7,75

0,49

6,12

2,98

28,0

35,5

106,3

0,33

225

22 180

A похов

35-55

8,1

0,63

16,41

2,98

26,0

22,6

75,5

0,30

276

27 570

A похов

65-70

8,05

1,38

18,64

4,09

35,0

25,8

102,9

0,40

294

29 160

Мілота, підтип алювіальних дернових шаруватих ґрунтів

Ad

0-5

8,25

0,7

10,34

3,35

26,8

19,4

89,2

0,33

317

30 110

A1

5-30

8,55

1,14

13,7

4,09

33,3

24,5

106,3

0,43

354

31 690

В

30-50

8,25

0,68

11,41

3,91

26,4

18,7

75,5

0,37

350

26 940

C al

50-70

8

0,48

9,12

3,53

20,5

17,4

68,6

0,27

248

25 350

C al

70-90

7,8

0,44

9,42

3,53

20,5

18,7

72,0

0,30

271

26 940

Ченгер, підтип алювіальних лучних шаруватих ґрунтів

Ad

0-15

7,92

0,71

9,31

2,79

37,0

58,1

267,5

1,23

363

21 550

 

15-40

8,11

0,33

9,05

4,09

29,5

45,2

229,8

1,00

285

21 230

Cgl

40-60

8,24

0,24

13,23

4,00

20,7

31,0

147,5

0,73

276

26 940

Cgl

60-70

8,12

0,2

12,7

3,91

18,7

32,3

129,9

0,33

276

28 520

Закінчення табл. 1

1      \2\3\4\5\      6      I   7  I   8   I   9   I 10 \ 11  \ 12

Україна, 06.2003

Грушеве, підтип алювіальних дернових шаруватих примітивних ґрунтів

Ad

0-5

8,07

1,01

23,5

2,60

17,0

16,7

51,5

0,17

184

25 040

C al

5-10

8,21

0,83

20,3

2,42

21,0

15,3

58,3

0,17

230

27 890

C al

10-20

8,25

0,64

20,94

2,23

20,0

15,3

61,7

0,10

244

24 720

C al

20-30

8,23

0,53

18,96

2,00

18,5

14,0

58,3

0,10

230

25 350

C al

30-40

8,2

0,21

15,36

1,80

14,0

12,7

44,6

0,10

152

23 770

C al

40-50

8,27

0,25

18,24

1,86

16,5

12,7

54,9

0,10

202

24 090

Грушеве, підтип алювіальних дернових шаруватих ґрунтів

Ad

0-1

6,4

2,19

12,21

5,11

19,5

25,3

54,9

0,20

340

25 990

A1

1-5

6,43

1,69

8,03

3,62

19,5

20,7

68,6

0,10

360

32 960

C al

10-20

6,45

0,01

7,34

3,13

21,5

13,3

61,7

< 0,03

304

31 690

C al

30-40

6,88

0,01

8,45

2,57

20,0

13,3

61,7

< 0,03

235

31 690

C al

55-60

6,9

0,01

8,17

2,00

30,8

13,3

61,7

< 0,03

175

28 520

Тячів, підтип алювіальних лучних шаруватих примітивних ґрунтів

Страницы:
1  2  3  4 


Похожие статьи

В Козловський, Н Романюк, О Терек - Важкі метали у ґрунтах та рослинах заплави ріки тиса