Статья опубликована в рамках: CXLIX Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 19 июня 2025 г.)
Наука: Биология
Секция: Экология
Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции
дипломов
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА СОДЕРЖАНИЕ ХЛОРОФИЛЛА В ЛИСТЬЯХ БЕРЕЗЫ ПОВИСЛОЙ
АННОТАЦИЯ
В данной статье осуществлено изучение содержания тяжелых металлов (железа, марганца, свинца, меди, цинка, кадмия и ванадия) в почве разных участков города Тулы и его окрестностей, а также выполнена оценка изменения содержания хлорофилла в листьях березы повислой при различной концентрации тяжелых металлов в почве.
Ключевые слова: загрязнение почвы, биоиндикация, тяжелые металлы.
Загрязнение городских почв тяжелыми металлами - серьезная экологическая проблема, чья актуальность растет из года в год. Одной из очевидных причин повышения концентрации тяжелых металлов в почвах городских ландшафтов является интенсификация промышленной деятельности в городах, особенно остро данная проблема проявляется в городах, имеющих существенную металлургическую отрасль [2]. В результате деятельности металлургических предприятий всегда имеется выброс в атмосферу целого ряда соединений, содержащих тяжелые металлы. Однако промышленность не единственный источник тяжелых металлов, поступающих в почву урбанизированных ландшафтов. Другим немаловажным источником загрязнения почвы являются деятельность автотранспорта - выхлопные газы, износ шин, тормозных колодок и дорожного покрытия вносят в почву значительное количество свинца, цинка и меди. Вне зависимости от пути попадания тяжелых металлов в почву, они накапливаются в ней, что потенциально может приводить к негативным последствиям для флоры и фауны города, а также создает негативные предпосылки для ухудшения качества жизни и здоровья человека [3].
Одним из наиболее простых и надежных методов определения влияния изменения концентрации тяжелых металлов в почве является метод биоиндикации, именно за счет анализа изменений морфофизиологических характеристик организмов-биоиндикаторов можно с определенной уверенностью судить о влиянии того или иного фактора среды на живые организмы.
Именно организмы-биоиндикаторы за счет своей чувствительности к внешним воздействиям способны дать четкую характеристику качества окружающей среды. Для оценки концентрации тяжелых металлов в почве наилучшим организмом-индикатором являются растения. Растения-биоиндикаторы способны демонстрировать комплексное влияние всех факторов окружающей среды, в результате чего складывается понимание фактического качества окружающей среды. Растения, за счет общей сложности биохимических процессов, способны демонстрировать поддающиеся количественной оценке изменения в ответ на колебание содержания тяжелых металлов в почве, поде и атмосферном воздухе. Тяжелые металлы, попадая в организм растений, способны влиять на естественное течение процесса фотосинтеза, нарушая его. В результате таких биохимических сбоев, растения демонстрируют ряд внешних нарушений, среди которых наиболее наглядными являются: увядание, изменение окраски листьев, торможение роста и гибель организма в принципе. Вместе с тем, как уже было упомянуто, данные наблюдаемые изменения являются последствиями изменений биохимических процессов. Для наиболее точной оценки изменений, происходящих в растениях, необходимо произвести измерение ряда биохимических показателей, лежащих в основе функционирования основных жизненных процессов растения. Так количественное измерение хлорофилла в листьях растений дает четкую картину стабильности протекания процесса фотосинтеза. При каких-либо значительных изменениях, происходящих в окружающей среде и способных вызвать нарушение естественного течения процесса фотосинтеза, будут проявляться количественные изменения содержания хлорофилла в листьях, в частности снижение его общей концентрации.
В данной работе для определения влияния соединений тяжелых металлов, содержащихся в почве на содержание хлорофилла в листьях березы повислой, в период августа 2024 года были собраны образцы листьев березы повислой, а также пробы прилегающей к данным растениям почвы. Сбор данных образцов осуществлялся на восьми точках, расположенных на территории города Тулы и прилегающих населенных пунктах и испытывающих разнородное антропогенное воздействие. Картографический материал, содержащий расположение точек сбора образцов, представлен на рисунке 1.
Рисунок 1. Карта сбора образцов
1. Окрестности предприятия АО «Тулачермет»; 2. Окрестности предприятия АО «КМЗ»; 3. Участок трассы М-2 «Крым» в окрестностях д. Ратово; 4. Участок пос. Ленинский; 5. Окрестности Ряжского вокзала; 6. Участок пр-та Ленина на пересечении с ул. Агеева; 7. Окрестности предприятия АО «Тульский завод РТИ»; 8. Центральный парк.
Лабораторное определение концентрации хлорофилла a и b в листьях березы повислой, произрастающей на территории города Тулы проводилось на фотоэлектроколлориметре в светло-красном фильтре по методике, представленной в практикуме по экологии и охране окружающей среды А.И. Федоровой и А.Н. Никольской [4].
По результатам лабораторного измерения хлорофилла a и b в листьях березы повислой было выявлено, что наибольшие значения концентрации суммарного хлорофилла наблюдается на участках, подверженных наименьшему уровню антропогенного воздействия: п. Ленинский - 0,102% и Центральный парк - 0,097 %.
Концентрация хлорофилла на иных участках составляет: на проспекте Ленина - 0,091%, на участке Трассы М2 - 0,091%, вблизи АО «КМЗ» - 0,089%, вблизи АО «Тульский завод РТИ» - 0,090%, вблизи АО «Тулачермет» - 0,085%, вблизи Ряжского вокзала - 0,088%. Графическое отображение содержания хлорофилла в листьях березы повислой на разных участках города Тулы представлено на рисунке 2.
Рисунок 2. Концентрация хлорофилла a и b в листьях березы повислой на разных участках города Тулы
Далее была проведена оценка содержания тяжелых металлов в почвах на вышеуказанных участках с целью выявления влияния различных концентраций разных тяжелых металлов (железа, марганца, свинца, меди, цинка, кадмия и ванадия) на выработку хлорофилла в листьях березы повислой. Определение содержания тяжелых металлов в почве осуществлялось в буферном растворе при помощи атомно- абсорбционного спектрометра в пламени ацетилен-воздух по методу Крупского и Александровой в модификации ЦИНАО [1]. График распределения концентраций тяжелых металлов на различных участках города Тулы представлен на рисунке 3.
Рисунок 3. Содержание различных тяжелых металлов в почве на различных участках города Тулы
Таким образом, по результатам оценки концентрации ионов тяжелых металлов в почве прослеживаются следующие закономерности: наибольшая концентрация железа и марганца была выявлена в окрестностях предприятий, занимающихся черной металлургией: АО «Тулачермет» железо – 11,764 мг/кг., марганец – 9,643 мг/кг и АО «КМЗ» железо – 12,385 мг/кг., марганец – 10,236 мг/кг. Что, по всей видимости, связано с промышленными выбросами данных предприятий, в выбросах которых, как раз присутствуют соответствующие тяжелые металлы. Наибольшие показатели концентрации свинца в почве наблюдаются на участках вблизи автодорог с особо интенсивным автомобильным трафиком: Проспект Ленина свинец – 8,852 мг/кг и Трасса М2 свинец – 9,473 мг/кг Учитывая, что тэтраэтилсвинец в качестве топливной присадки в настоящее время не используется, загрязнение почвы на данных участках свинцом, вероятно может быть связанно с историческим загрязнением данных точек. Содержание цинка в почве, также довольно высокое и изменяется в интервале от 8,154 мг/кг вблизи Ряжского вокзала до 7,124 мг/кг вблизи АО «Тулачермет». При этом наименьшая концентрация почвенного цинка выявлена на территории пос. Ленинский - цинк – 4,321 мг/кг. Вместе с этим содержание меди и кадмия на всех участках стабильно низкое за исключением повышения содержания меди на территории Центрального парка – 2,983 мг/кг. При этом содержание почвенного ванадия повышается вблизи организаций АО «Тулачермет» - 1,52 мг/кг и вблизи АО «КМЗ» - 1,46 мг/кг, а наименьшие значения наблюдается на участках, расположенных на севере и северо-востоке города Тулы, к примеру участок на берегу реки Упы вблизи ул. Советской – 0,48 мг/кг.
Проводя сравнительный анализ полученных результатов исследования с применением коэффициента корреляции Пирсона, получается следующий разброс показателей корреляции. Наивысшая корреляция изменений содержания хлорофилла в листьях относительно концентрации тяжелых металлов в почве, наблюдается в паре хлорофилл-цинк (0,702283578). Аналогично для пары хлорофилл-кадмий (0,697534847), что, очевидно, характеризуется высокой токсичностью двух вышеуказанных металлов. Пониженные показателя корреляции проявляются в парах хлорофилл-марганец (0,63286124) и хлорофилл-железо (0,660558849), однако здесь корреляция связана не столько с токсичностью конкретного металла, сколько с его концентрацией, так как этих металлов было зафиксировано наибольшее количество по сравнению с прочими на ряде точек. Значительно слабее корреляция проявляется в паре хлорофилл-свинец (0,14271514), несмотря на его значительные повышения на ряде участков, его корреляция с изменениями в концентрации хлорофилла незначительна. Для пар хлорофилл- хлорофилл-ванадий (0,001440673) и хлорофилл-медь (0,026856423) можно говорить о наименьшей корреляции признаков, что может быть обусловлено как невысокими концентрациями металлов на данных участках, так и общей невысокой степенью возможности оказать негативное влияние на процесс фотосинтеза.
Список литературы:
- ГОСТ Р 50685-94. Государственный стандарт Российской Федерации. Почвы. Определение подвижных соединений марганца по методу Крупского и Александровой в модификации ЦИНАО;
- Клепиков, О.В., Чубирко, М.И., Епринцев, С.А., Виноградов, П.М., Шекоян, С.В., Дьякова, Н.А. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха в районе расположения Косогорского металлургического завода города Тулы// Международный научно-исследовательский журнал : науч. журн. : электр. версия. 2024г. Выпуск: № 7 (145). URL: https://research-journal.org/archive/7-145-2024-july/10.60797/IRJ.2024.145.63 (дата обращения: 14.06.2025);
- Теплая, Г.А. Тяжелые металлы как фактор загрязнения окружающей среды (обзор литературы)// Астраханский вестник экологического образования : науч. журн. : электр. версия. 2013г. Выпуск № 1 (23). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tyazhelye-metally-kak-faktor-zagryazneniya-okruzhayuschey-sredy-obzor-literatury/viewer (дата обращения: 14.06.2025);
- Федорова А.И. Практикум по экологии и охране окружающей среды. Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. / А.И. Федорова, А.Н. Никольская - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001. - 288 с.
дипломов
Оставить комментарий