Особенности накопления и распределения тяжелых металлов в почвах и лекарственных растениях импактной зоны Новочеркасской ГРЭС

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Одним из энергетических предприятий первого класса опасности, работающем преимущественно на угле, выбросы которого оказывают негативное воздействие на окружающую среду Ростовской области, является Новочеркасская ГРЭС. Целью исследования являлся анализ накопления Zn, Pb, Cu, Mn, Ni, Cr и Cd в почвах и различных видах лекарственных растений импактной зоны Новочеркасской ГРЭС. Показано превышение валового содержания Cr, Ni и Cd в почвах по сравнению с фоном и ориентировочно допустимой концентрации до 1.4 раза. При этом, установлено превышение предельно допустимой концентрации подвижных форм Cu в почвах до 4 раз, Zn, Pb, Ni и Cr – до 2 раз. Выявлено, что полынь горькая, цикорий обыкновенный и пижма обыкновенная аккумулируют тяжелые металлы преимущественно в надземной части, тысячелистник щетинистый – в корнях. Выявлено превышение максимально допустимого уровня содержания элементов у тысячелистника до 3.5 раз по Pb, до 5 раз по Cd и до 3 раз по Ni, у полыни по Pb до 5.5 раз и Ni до 2 раз, у цикория по Pb и Cd до 2 и 6 раз, у пижмы по Pb и Cd в 3 раза. Наиболее высокое содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве и их аккумуляция в растениях наблюдается в пределах 3 км в северо-западном направлении от ГРЭС. На основе биогеохимических показателей дана оценка степени техногенной нагрузки на почвы и лекарственные растения импактной зоны.

Об авторах

В. А. Чаплыгин

Южный федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: chaplygin@sfedu.ru
Россия, ул. Б. Садовая, 105, Ростов-на-Дону, 344006

М. В. Бурачевская

Южный федеральный университет

Email: chaplygin@sfedu.ru
Россия, ул. Б. Садовая, 105, Ростов-на-Дону, 344006

Т. М. Минкина

Южный федеральный университет

Email: haplygin@sfedu.ru
Россия, ул. Б. Садовая, 105, Ростов-на-Дону, 344006

С. С. Манджиева

Южный федеральный университет

Email: chaplygin@sfedu.ru
Россия, ул. Б. Садовая, 105, Ростов-на-Дону, 344006

Т. И. Сиромля

Институт почвоведения и агрохимии СО РАН

Email: chaplygin@sfedu.ru
Россия, ул. Советская, 18, Новосибирск, 630099

Н. П. Черникова

Южный федеральный университет

Email: chaplygin@sfedu.ru
Россия, ул. Б. Садовая, 105, Ростов-на-Дону, 344006

Т. С. Дудникова

Южный федеральный университет

Email: chaplygin@sfedu.ru
Россия, ул. Б. Садовая, 105, Ростов-на-Дону, 344006

Список литературы

  1. Безель В.С., Жуйкова Т.В. Химическое загрязнение среды: вынос химических элементов надземной фитомассоф травянистой растительности // Экология. 2007. № 4. С. 259–267.
  2. Безель В.С., Жуйкова Т.В., Позолотина В.Н. Структура ценопопуляций одуванчика и особенности накопления тяжелых металлов // Российский экологический журнал. 1998. 29 (5). С. 331–337.
  3. Брукс Р.Р. Биологические методы поисков полезных ископаемых. М., 1986. 312 с.
  4. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.
  5. Важенин И.Г. Методические рекомендации по обследованию и картографированию почвенного покрова по уровню загрязненности промышленными выбросами. М.: Почв. ин-т им В.В. Докучаева, 1987. 25 с.
  6. Ветчинникова Л.В., Кузнецова Т.Ю., Титов А.Ф. Особенности накопления тяжелых металлов в листьях древесных растений на урбанизированных территориях в условиях севера // Тр. Карельского НЦ РАН. 2013. № 3. С. 68–73.
  7. Воробьева Л.А. Теория и практика химического анализа почв. М.: ГЕОС, 2006. 400 с.
  8. Временные максимально допустимые уровни (МДУ) некоторых химических элементов госсипола в кормах сельскохозяйственных животных. Утвержден Главным Управлением ветеринарии министерства сельского хозяйства РФ, 1991.
  9. Галина А.Т. Тяжелые металлы как фактор загрязнения окружающей среды (обзор литературы) // Астраханский вестник экологического образования. 2013. № 1. С. 182–192.
  10. Государственная фармакопея Российской Федерации. М.: ФЭМБ, 2018. T. IV. 719 с.
  11. Григорьева Л.М., Гареева А.М., Ваганов М.Д. Изучение загрязнения лекарственных растений тяжелыми металлами в Тюменской области // Международный научно-исследовательский журнал. 2021. № 8(110). С. 147–152. https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.110.8.024
  12. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М.: Академия, 2003. 400 с.
  13. Дьякова Н.А. Экологическая оценка лекарственного растительного сырья Воронежской области на примере цветков пижмы обыкновенной // Вестник Нижневартовского гос. ун-та. 2020. № 1. С. 19–26. https://doi.org/10.36906/2311-4444/20-1/04
  14. Дьякова Н.А., Мындра А.А., Сливкин А.И. Безопасность и эффективность лекарственного растительного сырья одуванчика лекарственного, собранного в районах, испытывающих антропогенную нагрузку // Разработка и регистрация лекарственных средств. 2018. № 2. С. 120–123.
  15. Елагина Д.С., Архипова Н.С., Воробьев В.Н. Комплексное исследование металлоустойчивости Amaranthus retroflexus L. // Известия Горского гос. аграрного ун-та. 2019. Т. 56. № 1. С. 154–162.
  16. Карачевская Е.В. Развитие лекарственного растениеводства в контексте мировой глобализации // Проблемы экономики: сборник научных трудов. 2021. № 1. С. 33–43.
  17. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. М.: ЦИНАО, 1992. 61 с.
  18. Минкина Т.М., Манджиева С.С., Чаплыгин В.А., Мотузова Г.В., Бурачевская М.В., Бауэр Т.В., Сушкова С.Н., Невидомская Д.Г. Влияние аэротехногенных выбросов на содержание тяжелых металлов в травянистых растениях нижнего Дона // Почвоведение. 2017. № 6. С. 759–768. https://doi.org/10.7868/S0032180X17060077
  19. Минкина Т.М., Мотузова Г.В., Манджиева С.С., Назаренко О.Г., Бурачевская М.Ю., Антоненко Е.М. Фракционно-групповой состав соединений Mn, Cr, Ni и Cd в почвах техногенных ландшафтов (район Новочеркасской ГРЭС) // Почвоведение. 2013. № 4. С. 414–425. https://doi.org/10.7868/S0032180X13040102
  20. Оленина Н.Г., Михеева Н.С., Крутикова Н.М. Особенности экспертизы «польза/риск» лекарственных растительных препаратов: анализ регистрационных досье // Ведомости Научного центра экспертизы средств медицинского применения. 2018. Т. 8. № 2. С. 84–91. https://doi.org/10.30895/1991-2919-2018-8-2-84-91
  21. Памятники природы Ростовской области. Дата обращения: 14 февраля 2017. Архивировано 14 февраля 2017 г. https://donland.ru/activity/855/
  22. Пинский Д.Л., Минкина Т.М., Бауэр Т.В., Невидомская Д.Г., Шуваева В.А., Манджиева С.С., Цицуашвили В.С., Бурачевская М.В., Чаплыгин В.А., Барахов А.В., Велигжанин А.А., Светогоров Р.Д., Храмов Е.В., Иовчева А.Д. Идентификация соединений тяжелых металлов в техногенно преобразованных почвах методами последовательного фракционирования, XAFS-спектроскопии и XRD порошковой дифракции // Почвоведение. 2022. № 5. С. 600–614. https://doi.org/10.31857/S0032180X22050070
  23. Сиромля Т.И., Загурская Ю.В., Баяндина И.И. Элементный состав экстрактов из травы Hypericum perforatum L., выращенной в регионах с высокой техногенной нагрузкой // Вестник ОГУ. 2015. № 10. С. 77–81.
  24. Титов А.Ф., Таланова В.В., Казнина Н.М. Физиологические основы устойчивости растений к тяжелым металлам. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2011. 77 с.
  25. Шаймухаметов М.Ш. К методике определения поглощенных Са и Мg в черноземных почвах // Почвоведение. 1993. № 12. С. 105–111.
  26. Шергина О.В., Михайлова Т.А. Фитоэкстракция тяжелых металлов травянистыми растениями на техногенных почвах // Химия растительного сырья. 2022. № 4. С. 311–320.
  27. Ших Е.В., Булаев В.М., Демидова О.А. Оценка безопасности лекарственных растений // Безопасность и риск фармакотерапии. 2015. № 2. С. 23–29.
  28. Экологический вестник Дона: о состоянии окружающей среды и природных ресурсов Ростовской области в 2022 г. Ростов-на-Дону, 2023. 373 с.
  29. Adesuyi A.A., Njoku K.L., Akinola M.O. Assessment of heavy metals pollution in soils and vegetation around selected industries in Lagos State, Nigeria // J. Geosci. Environ. Prot. 2015. V. 3(07). P. 11.
  30. Bothe H. Plants in heavy metal soils // Detoxification of heavy metals. Berlin: Springer Publisher, 2011. P. 35–57.
  31. Burachevskaya M., Minkina T., Bauer T., Mandzhieva S., Gulser C., Kizilkaya R., Sushkova S., Rajput V. Assessment of extraction methods for studying the fractional composition of Cu and Zn in uncontaminated and contaminated soils // Eurasian J. Soil Sci. 2020. V. 9(3). P. 231–241. https://doi.org/10.18393/ejss.734601
  32. Burachevskaya M., Minkina T., Mandzhieva S., Bauer T., Chaplygin V., Zamulina I., Sushkova S., Fedorenko A., Ghazaryan K., Movsesyan H., Makhinya D. Study of copper, lead, and zinc speciation in the Haplic Chernozem surrounding coal-fired power plant // Appl. Geochem. 2019. V. 104. P. 102–108. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2019.03.016
  33. Chaplygin V., Mandzhieva S., Minkina T., Sushkova S., Kizilkaya R., Gülser C., Chernikova N. Sustainability of agricultural and wild cereals to aerotechnogenic exposure // Environ. Geochem. Health. 2021. V. 43(4). P. 1427–1439. https://doi.org/10.1007/s10653-019-00411-6
  34. Chaplygin V., Minkina T., Mandzhieva S., Burachevskaya M., Sushkova S., Poluektov E., Kumacheva V. The effect of technogenic emissions on the heavy metal’s accumulation by herbaceous plants // Environ. Monit. Assess. 2018. V. 190(3). P. 1–18. https://doi.org/10.1007/s10661-018-6489-6
  35. Cristaldi A., Conti G.O., Jho E.H., Zuccarello P., Grasso A., Copat C., Ferrante M. Phytoremediation of contaminated soils by heavy metals and PAHs. A brief review // Environ. Technol. Innovation. 2017. V. 8. P. 309–326. https://doi.org/10.1016/j.eti.2017.08.002
  36. Dumanoglu Y., Gaga E.O., Gungormus E., Sofuoglu S.C., Odabasi M. Spatial and seasonal variations, sources, air-soil exchange, and carcinogenic risk assessment for PAHs and PCBs in air and soil of Kutahya, Turkey, the province of thermal power plants // Sci. Total Environ. 2017. V. 580. P. 920–935. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.12.040
  37. Eid E.M., Shaltout K.H. Monthly variations of trace elements accumulation and distribution in above- and below-ground biomass of Phragmites australis (Cav.) Trin. Ex Steudel in Lake Burullus (Egypt): a biomonitoring application // Ecol. Eng. 2014. V. 73. P. 17–25.
  38. Eid E.M., Shaltout K.H., Al-Sodany Y.M., Haroun S.A., Galal T.M., Ayed H., Khedher K.M., Jensen K. Common reed (Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steudel) as a candidate for predicting heavy metal contamination in Lake Burullus, Egypt: a biomonitoring approach // Ecol. Eng. 2020. V. 148. P. 105787. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2020.105787
  39. Favas P.J.C., Pratas J., Prasad M.N.V. Accumulation of arsenic by aquatic plants in large-scale field conditions: Opportunities for phytoremediation and bioindication // Sci. Total Environ. 2012. V. 433. P. 390–397.
  40. Ghazaryan K.A., Movsesyan H.S., Minkina T.M., Sushkova S.N., Rajput V.D. The identification of phytoextraction potential of Melilotus officinalis and Amaranthus retroflexus growing on copper- and molybdenum-polluted soils // Environ. Geochem. Health. 2019. V. 43. P. 1327–1335. https://doi.org/10.1007/s10653-019-00338-y
  41. Juárez-Santillán L.F., Lucho-Constantino C.A., Vázquez-Rodríguez G.A., Cerón-Ubilla N.M., Beltrán-Hernández R.I. Manganese accumulation in plants of the mining zone of Hidalgo, Mexico // Bioresour. Technol. 2010. V. 101(15). P. 5836–5841. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.03.020
  42. Kabata-Pendias A., Pendias H. Trace Elements in Soils and Plants. Boca Raton: CRC Press, 2010. 548 p. https://doi.org/10.1201/b10158
  43. Khan M.J., Jones D.L. Effect of composts, lime and diammonium phosphate on the phytoavailability of heavy metals in a copper mine tailing soil // Pedosphere. 2009. V. 19(5). P. 631–641. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(09)60158- 2
  44. Linnik V.G., Minkina T.M., Bauer T.V., Saveliev A.A., Mandzhieva S.S. Geochemical assessment and spatial analysis of heavy metals pollution around coal-fired power station // Environ. Geochem. Health. 2019. V. 42(12). P. 4087–4100. https://doi.org/10.1007/s10653-019-00361-z
  45. Minkina T.M., Motuzova G.V., Nazarenko O.G., Kryshchenko V.S., Mandzhieva S.S. Combined Approach for Fractioning Metal Compounds in Soils // Eurasian Soil Sci. 2008. V. 41 (11). P. 1171–1179.
  46. Phillips D.P., Human L.R.D., Adams J.B. Wetland plants as indicators of heavy metal contamination // Mar. Pollut. Bull. 2015. V. 92. 227–232. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2014.12.038
  47. Rajput V., Minkina T., Semenkov I., Klink G., Tarigholizadeh S., Sushkova S. Phylogenetic analysis of hyperaccumulator plant species for heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons // Environ. Geochem. Health. 2021. V. 43(4). P. 1629–1654. https://doi.org/10.1007/s10653-020-00527-0
  48. Sazykin I.S., Minkina T.M., Grigoryeva T.V., Khmelevtsova L.E., Sushkova S.N., Laikov A.V., Sazykina M.A. PAHs distribution and cultivable PAHs degraders’ biodiversity in soils and surface sediments of the impact zone of the Novocherkassk thermal electric power plant (Russia) // Environ. Earth Sci. 2019. V. 78(19). P. 1–13.
  49. Shtangeeva I., Viksna A., Grebnevs V. Geochemical (soil) and phylogenetic (plant taxa) factors affecting accumulation of macro- and trace elements in three natural plant species // Environ. Geochem. Health. 2020. V. 42 (1). P. 209–219. https://doi.org/10.1007/s10653-019-00337-z
  50. Su C. A review on heavy metal contamination in the soil worldwide: Situation, impact and remediation techniques // Environ. Skeptics and Critics. 2014. V. 3(2). P. 24.
  51. Sun L., Liao X., Yan X., Zhu G., Ma D. Evaluation of heavy metal and polycyclic aromatic hydrocarbons accumulation in plants from typical industrial sites: potential candidate in phytoremediation for co-contamination // Environ. Sci. Pollut. Res. 2014. V. 21(21). P. 12494–12504. https://doi.org/10.1007/s11356-737014-3171-6
  52. Tefera M., Gebreyohannes F., Saraswathi M. Heavy metal analysis in the soils of in and around Robe town, Bale zone, SouthEastern, Ethiopia // Eurasian J. Soil Sci. 2018. V. 7(3). P. 251–256. https://doi.org/10.18393/ejss. 430116
  53. Verma C., Madan S., Hussain A. Heavy metal contamination of groundwater due to fly ash disposal of coal-fired thermal power plant, Parichha, Jhansi, India // Cogent Eng. 2016. V. 3(1). 1179243
  54. Wang J., Bao H., Zhang H., Li J., Hong H., Wu, F. Effects of cuticular wax content and specific leaf area on accumulation and partition of PAHs in different tissues of wheat leaf // Environ. Sci. Pollut. Res. 2020. V. 27(15). P. 18793. https://doi.org/10.1007/s11356-020-08409-9
  55. Yakovleva E.V., Gabov D.N., Beznosikov V.A., Kondratenok B.M. Accumulation of polycyclic aromatic hydrocarbons in soils and plants of the tundra zone under the impact of coal-mining industry // Eurasian Soil Sci. 2016. V. 49(11). P. 1319–1328. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2014.09.006
  56. Zhao Z., Nan Z., Wang Z., Yang Y., Shimizu M. Interaction between Cd and Pb in the soil-plant system: a case study of an arid oasis soil-cole system // J. Arid Land. 2014. V. 6(1). P. 59–68. https://doi.org/10.1007/s40333-013-0194-7

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Дополнительные материалы
Скачать (193KB)
Метаданные
3. Рис. 1. Картосхема расположения площадок мониторинга вблизи электростанции с указанием видового состава отобранных растений.

Скачать (841KB)
Метаданные
4. Рис. 2. Пространственное распределение валового содержания (a) и подвижных форм (b) тяжелых металлов в почвах импактной зоны электростанции.

Скачать (2MB)
Метаданные
5. Рис. 3. Содержание тяжелых металлов в корнях, стеблях и соцветиях 4 видов растений импактной зоны электростанции. Буквы указывают на значимые различия, полученные при помощи Tukey honest significant difference for unequal N при р < 0.05.

Скачать (1MB)
Метаданные
6. Рис. 4. Содержание тяжелых металлов в корнях, стеблях и соцветиях растений, сгруппированных по произрастанию на двух участках с разной техногенной нагрузкой: возле электростанции, в направлении СЗ и СЗЗ от ГРЭС. Буквы указывают на значимые различия, полученные при помощи Tukey honest significant difference for unequal N при р < 0.05.

Скачать (829KB)
Метаданные
7. Рис. 5. Коэффициенты перераспределения тяжелых металлов в системе почва–корень (КН), корень–стебель (АК1) и стебель–соцветие (АК2). Буквы указывают на значимые различия, полученные при помощи Tukey honest significant difference for unequal N при р < 0.05.

Скачать (1MB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024