Накопление тяжелых металлов прибрежной растительностью реки Шерепок

Полный текст

В настоящее время из-за сбросов в водоемы недоочищенных стоков их экологическое состояние ухудшается. Основные источники загрязнения водоемов - хозяйственно-бытовые, промышленные и сельскохозяйственные стоки. Они содержат большое количество не только органических веществ, но и тяжелых металлов. Особой формой загрязнения является эвтрофирование водоемов, т.е. обогащение их биогенными веществами, что приводит к интенсивному развитию водорослей и прибрежных растений. Это чаще всего происходит за счет поступления в водоемы бытовых и сельскохозяйственных стоков. Способность водной растительности к накоплению тяжелых металлов делает их активными участниками процесса самоочищения природных вод. Способность высших водных растений накапливать вещества в концентрациях, превышающих фоновые значения, позволила использовать их в системе мониторинга и контроля за состоянием окружающей среды. Высокая поглотительная способность водных растений делает их идеальными тестовыми объектами для определения антропогенных химических нагрузок на водоем. Кроме того, высшим водным растениям свойственна избирательность в накоплении не только макро-, но и микроэлементов, в том числе и тяжелых металлов [1]. Имеющиеся в литературе данные свидетельствуют о том, что использование способностей водных растений накапливать тяжелые металлы для снижения их концентрации в среде может быть одним из эффективных способов биологической очистки воды. Очевидно, с этой точки зрения наиболее перспективными могут быть макрофиты, которые способны аккумулировать высокие концентрации металлов, интенсивно расти, обладать достаточной устойчивостью к повышенному содержанию металлов [2]. Процессы миграции и аккумуляции веществ лежат в основе процессов, которые раскрывают картину благополучия или неблагополучия определенной территории в геохимическом отношении при природно-антропогенном воздействии. Все указанные факторы формируют качество поверхностных вод и их способность к самоочищению, а также подтверждают необходимость оценки химического состава не только поверхностных вод, но и донных отложений [3]. В настоящее время, сброс сточных вод из двух промышленных районов ХоаФу и Там-Тханг в р. Шерепок, ведут к серьезной опасности загрязнения реки. Поэтому, необходимо провести изучение состояния загрязнения р. Шерепок в участке протекания через промышленные районы Хоа-Фу и Там-Тханг. Цель исследования: изучить накопление тяжелых металлов прибрежной водной растительностью реки Шерепок. Материалы и методы исследования Материалом исследований служили стебли и корни водного гиацинта (Eichhornia crassipes) и тростника обыкновенного (Phragmites Australis), которые широко распространены в водоемах Вьетнама. Пробы отбирались в сухой и влажный сезоны. Пробы прибрежной водной растительности отбирались в четырех зонах р. Шерепок в 4,8 км выше границы промышленного района Хоа-Фу, районе выращивания кофе (зона 1 - табл. 1), в границах промышленных районов Хоа-Фу и Там Тханг (зона 2), в водохранилище ДрейХлинь, расположенном в 7,5 км ниже границы промышленного района Там Тханг (зона 3) и в водохранилище Шерепок 3. Анализ содержания тяжелых металлов в пробах воды, донных отложений проводили стандартными методами исследования. Содержание тяжелых металлов в гидробионтах определяли атомно-абсорбционным методом. Статистическую обработку данных выполняли с помощью программы Microsoft Office Excel. Результаты и обсуждение Для исследования выбраны прибрежно-водные растения широко распространенные во Вьетнаме: тростник обыкновенный, который относится к водно-воздушной растительности, корневища его плотно прикрепляются ко дну и водный гиацинт - относится к воздушно-водной растительности, листья его плавают на поверхности и корни, собранные в пучок, могут прикреплятся ко дну в сухой сезон и плавать в толще воды во влажный сезон, когда в реке много воды. В результате исследования содержания тяжелых металлов в стеблях и корнях водного гиацинта (Eichhornia Crassipes) получены следующие результаты (табл. 1, 2). Таблица 1 Содержание тяжелых металлов в стеблях и корнях Eichhornia Crassipes в сухой сезон, мг/кг Зона Zn Cu Fe Стебель Корень Стебель Корень Стебель Корень 1 12,82±2,16 27,57±1,42 4,19±0,15 7,81±0,72 198,48±8,16 375,03±16,99 2 93,58±5,86 140,78±2,91 27,33±0,74 58,35±1,65 224,94±5,67 470,88±10,49 3 26,54±2,08 45,37±2,89 9,53±1,00 34,63±0,94 184,65±4,32 444,32±9,55 4 20,38±1,89 38,54±0,92 3,15±0,34 8,92±1,12 202,50±5,39 396,23±11,45 Зона Cd Pb As Стебель Корень Стебель Корень Стебель Корень 1 0,27±0,02 0,61±0,07 6,76±0,97 10,26±0,61 8,21±0,22 13,85±1,01 2 0,26±0,05 0,55±0,04 17,51±0,71 52,46±4,33 7,43±0,44 16,35±2,16 3 0,17±0,02 0,44±0,01 9,22±1,37 31,52±3,67 6,06±0,59 13,37±0,80 4 0,19±0,02 0,38±0,02 8,60±1,06 19,61±1,99 7,24±0,61 9,02±0,56 The content of heavy metals in the stems and roots of Eichhornia Crassipes during the dry season, mg/kg Table 1 Zn Cu Fe Stem Root Stem Root Stem Root Area 1 12,82±2,16 27,57±1,42 4,19±0,15 7,81±0,72 198,48±8,16 375,03±16,99 Area 2 93,58±5,86 140,78±2,91 27,33±0,74 58,35±1,65 224,94±5,67 470,88±10,49 Area 3 26,54±2,08 45,37±2,89 9,53±1,00 34,63±0,94 184,65±4,32 444,32±9,55 Area 4 20,38±1,89 38,54±0,92 3,15±0,34 8,92±1,12 202,50±5,39 396,23±11,45 Cd Pb As Stem Root Stem Root Stem Root Area 1 0,27±0,02 0,61±0,07 6,76±0,97 10,26±0,61 8,21±0,22 13,85±1,01 Area 2 0,26±0,05 0,55±0,04 17,51±0,71 52,46±4,33 7,43±0,44 16,35±2,16 Area 3 0,17±0,02 0,44±0,01 9,22±1,37 31,52±3,67 6,06±0,59 13,37±0,80 Area 4 0,19±0,02 0,38±0,02 8,60±1,06 19,61±1,99 7,24±0,61 9,02±0,56 При анализе накопления тяжелых металлов в стеблях и корнях водного гиацинта в сухой сезон видно, что в корнях их в 2-4 раза больше чем в стеблях. Цинка, и меди, и свинца в стеблях и корнях собранных в зоне 2, которая находится в границах промышленного района, в 3-7 раз больше, чем в других исследуемых зонах. А содержание железа, кадмия и мышьяка в стеблях и корнях, собранных во всех четырех зонах, отличается незначительно. Даже накопление мышьяка в стеблях, и кадмия в корнях в пробах отобранных в зоне 1 больше, чем в зоне 2. Это можно объяснить наличием в зоне 1 сельскохозяйственных полей. Содержание тяжелых металлов в стеблях и корнях Eichhornia Crassipes во влажный сезон, мг/кг Таблица 2 Зона Zn Cu Fe Стебель Корень Стебель Корень Стебель Корень 1 15,27±0,34 34,41±0,91 6,91±0,45 10,51±1,20 286,55±7,78 335,27±9,04 2 120,55±4,44 156,09±2,93 59,36±1,58 78,39±4,36 331,92±3,81 363,03±7,32 3 56,21±3,10 69,25±4,30 10,45±0,84 32,71±1,77 282,85±3,21 360,78±3,91 4 19,46±2,10 37,71±1,75 9,25±0,42 17,39±1,00 318,22±6,32 348,62±2,69 Зона Cd Pb As Стебель Корень Стебель Корень Стебель Корень 1 0,66±0,03 1,25±0,04 6,39±1,01 Зона1 0,66±0,03 1,25±0,04 2 0,22±0,01 0,71±0,02 15,74±0,98 Зона2 0,22±0,01 0,71±0,02 3 0,11±0,02 0,74±0,04 11,65±2,57 Зона3 0,11±0,02 0,74±0,04 4 0,03±0,01 0,15±0,02 7,23±0,34 Зона4 0,03±0,01 0,15±0,02 The content of heavy metals in the stems and roots of Eichhornia Crassipes during the wet season, mg/kg Table 2 Zn Cu Fe Stem Root Stem Root Stem Root Area 1 15,27±0,34 34,41±0,91 6,91±0,45 10,51±1,20 286,55±7,78 335,27±9,04 Area 2 120,55±4,44 156,09±2,93 59,36±1,58 78,39±4,36 331,92±3,81 363,03±7,32 Area 3 56,21±3,10 69,25±4,30 10,45±0,84 32,71±1,77 282,85±3,21 360,78±3,91 Area 4 19,46±2,10 37,71±1,75 9,25±0,42 17,39±1,00 318,22±6,32 348,62±2,69 Cd Pb As Stem Root Stem Root Stem Root Area 1 0,66±0,03 1,25±0,04 6,39±1,01 Area 1 0,66±0,03 1,25±0,04 Area 2 0,22±0,01 0,71±0,02 15,74±0,98 Area 2 0,22±0,01 0,71±0,02 Area 3 0,11±0,02 0,74±0,04 11,65±2,57 Area 3 0,11±0,02 0,74±0,04 Area 4 0,03±0,01 0,15±0,02 7,23±0,34 Area 4 0,03±0,01 0,15±0,02 При анализе накопления тяжелых металлов в стеблях и корнях водного гиацинта во влажный сезон видно, что в корнях их в 1,5-3 раза больше чем в стеблях. При сравнении результатов содержания цинка, меди, железа, кадмия, свинца, мышьяка в стеблях и корнях водного гиацинта, проводимых в сухой и во влажный сезон, было установлено, что в сухой сезон в стеблях и корнях водного гиацинта накапливается меньше цинка и меди, чем во влажный сезон. Это можно объяснить тем, что цинк и медь аккумулируются растением не только корнями из донных отложений, но и из воды плавающими листьями. В границах промышленного района (зона 2) во влажный сезон в стебле водного гиацинта в 1,5 раза больше цинка и 2 раза больше меди, чем в сухой сезон. Железа в стеблях в сухой сезон накоплено меньше, а корнях накоплено больше, чем во влажный сезон во всех зонах отбора проб. В стебле и корнях водного гиацинта свинца и мышьяка в границах промышленной зоны больше в сухой сезон. Кадмия в сухой сезон в стебле больше, чем во влажный сезон, а в корнях меньше. То есть сезон влияет на накопление тяжелых металлов водного гиацинта, в сухой сезон больше аккумулируется тяжелых металлов из донных отложений, а во влажный сезон плавающие листья и корни, аккумулируют тяжелые металлы из воды. При изучении накопления тяжелых металлов тростником обыкновенным (Phragmites Australis) были получены следующие результаты (табл. 3, 4). Таблица 3 Содержание тяжелых металлов в стеблях и корнях Phragmites Australis в сухой сезон, мг/кг Зона Zn Cu Fe Стебель Корень Стебель Корень Стебель Корень 1 14,45±0,59 20,36±0,69 4,77±0,30 8,58±0,85 179,14±4,48 459,21±8,87 2 49,92±1,34 173,02±7,82 11,38±0,08 64,53±2,14 206,51±5,68 496,12±8,51 3 25,53±2,05 84,36±2,96 8,63±0,29 23,55±2,90 212,26±7,70 345,29±6,81 4 24,41±1,12 33,32±1,68 5,39±0,40 16,49±0,70 194,91±4,24 417,19±12,25 Зона Cd Pb As Стебель Корень Стебель Корень Стебель Корень 1 0,24±0,02 0,65±0,03 5,54±0,46 Зона1 0,24±0,02 0,65±0,03 2 0,23±0,02 0,57±0,04 12,79±0,85 Зона2 0,23±0,02 0,57±0,04 3 0,18±0,01 0,51±0,02 10,06±1,14 Зона3 0,18±0,01 0,51±0,02 4 0,13±0,01 0,35±0,02 7,64±0,26 Зона4 0,13±0,01 0,35±0,02 The content of heavy metals in the stems and roots of Phragmites Australis during the dry season, mg/kg Table 3 Zn Cu Fe Stem Root Stem Root Stem Root Area 1 14,45±0,59 20,36±0,69 4,77±0,30 8,58±0,85 179,14±4,48 459,21±8,87 Area 2 49,92±1,34 173,02±7,82 11,38±0,08 64,53±2,14 206,51±5,68 496,12±8,51 Area 3 25,53±2,05 84,36±2,96 8,63±0,29 23,55±2,90 212,26±7,70 345,29±6,81 Area 4 24,41±1,12 33,32±1,68 5,39±0,40 16,49±0,70 194,91±4,24 417,19±12,25 Cd Pb As Stem Root Stem Root Stem Root Area 1 0,24±0,02 0,65±0,03 5,54±0,46 Area 1 0,24±0,02 0,65±0,03 Area 2 0,23±0,02 0,57±0,04 12,79±0,85 Area 2 0,23±0,02 0,57±0,04 Area 3 0,18±0,01 0,51±0,02 10,06±1,14 Area 3 0,18±0,01 0,51±0,02 Area 4 0,13±0,01 0,35±0,02 7,64±0,26 Area 4 0,13±0,01 0,35±0,02 При анализе накопления тяжелых металлов в стеблях и корнях тростника обыкновенного в сухой сезон видно, что в корнях тяжелых металлов в 2-6 раза больше чем в стеблях. Цинка, меди и свинца в стеблях, отобранных в зоне 2, которая находится в границах промышленного района, в 2-3 раза больше, а в корнях в 5-7 раз больше, чем в других исследуемых зонах. А содержание железа, кадмия и мышьяка в стеблях и корнях в различных зонах незначительно отличается. Содержание мышьяка и кадмия в корнях отобранных в зоне 1 больше, чем в зоне 2, а в зоне 4 их количество снижается в 2 раза, что свидетельствует об активной роли растений в самоочищении водоемов, т.е. по содержанию тяжелых металлов корнях в тростника обыкновенного можно судить о наличии в сбросах тяжелых металлов. Содержание тяжелых металлов в стеблях и корнях Phragmites Australis во влажный сезон, мг/кг Таблица 4 Зона Zn Cu Fe Стебель Корень Стебель Корень Стебель Корень 1 12,82±2,16 27,57±1,42 4,19±0,15 7,81±0,72 198,48±8,16 375,03±16,99 2 51,58±5,86 140,78±2,91 10,33±0,74 58,35±1,65 224,94±5,67 470,88±10,49 3 26,54±2,08 45,37±2,89 9,53±1,00 34,63±0,94 184,65±4,32 444,32±9,55 4 20,38±1,89 38,54±0,92 3,15±0,34 8,92±1,12 202,50±5,39 396,23±11,45 Зона Cd Pb Стебель Корень Стебель Корень Стебель Корень 1 0,27±0,02 0,61±0,07 6,76±0,97 10,26±0,61 0,27±0,02 0,61±0,07 2 0,26±0,05 0,55±0,04 17,51±0,71 52,46±4,33 0,26±0,05 0,55±0,04 3 0,17±0,02 0,44±0,01 9,22±1,37 31,52±3,67 0,17±0,02 0,44±0,01 4 0,19±0,02 0,38±0,02 8,60±1,06 19,61±1,99 0,19±0,02 0,38±0,02 The content of heavy metals in the stems and roots of Phragmites Australis during the wet season, mg/kg Table 4 Zn Cu Fe Stem Root Stem Root Stem Root Area 1 12,82±2,16 27,57±1,42 4,19±0,15 7,81±0,72 198,48±8,16 375,03±16,99 Area 2 51,58±5,86 140,78±2,91 10,33±0,74 58,35±1,65 224,94±5,67 470,88±10,49 Area 3 26,54±2,08 45,37±2,89 9,53±1,00 34,63±0,94 184,65±4,32 444,32±9,55 Area 4 20,38±1,89 38,54±0,92 3,15±0,34 8,92±1,12 202,50±5,39 396,23±11,45 Cd Pb Stem Root Stem Root Stem Root Area 1 0,27±0,02 0,61±0,07 6,76±0,97 10,26±0,61 0,27±0,02 0,61±0,07 Area 2 0,26±0,05 0,55±0,04 17,51±0,71 52,46±4,33 0,26±0,05 0,55±0,04 Area 3 0,17±0,02 0,44±0,01 9,22±1,37 31,52±3,67 0,17±0,02 0,44±0,01 Area 4 0,19±0,02 0,38±0,02 8,60±1,06 19,61±1,99 0,19±0,02 0,38±0,02 При сравнении результатов исследования накопления цинка, меди, железа, кадмия, свинца, мышьяка в стеблях и корнях тростника обыкновенного в сухой и влажный сезон было установлено, что в сухой сезон тростник произрастающий в загрязненных зонах (2 и 3) цинка накапливает в стеблях больше, а в корнях меньше, чем во влажный сезон, но тростник, произрастающий в наименее загрязненных зонах (1 и 4), в корнях накапливает его больше, а стеблях меньше. Также в период исследований было установлено, что в сухой сезон в границах промышленного района (зоне 2) в корнях тростника больше, чем в корнях эйхоронии накапливается цинка, меди, железа и кадмия, эти же металлы накапливаются больше в стеблях водного гиацинта, чем в стеблях тростника. Свинец и мышьяк больше накапливаются в стеблях и корнях водного гиацинта. Во влажный сезон в границах промышленного района (зона 2) цинка, меди, железа и кадмия больше накапливается в стеблях и корнях эйхоронии, а свинец и мышьяк в стеблях и корнях тростника. Если сравнивать накопление тяжелых металлов прибрежной водной растительностью в различных по загрязненности зонах, то можно наблюдать что в загрязненных зонах и в корнях, и в стеблях накапливается больше тяжелых металлов, чем в менее загрязненных. Данные по количеству тяжелых металлов в стеблях и корнях коррелируют с количеством тяжелых металлов в речной воде и донных отложениях (табл. 5, 6). Коэффициенты корреляции тяжелых металлов в стеблях и корнях тростника на исследуемых участках Таблица 5 [Coefficients of correlation of heavy metals in reed stems and roots in the investigated areas] Металл / Metal Орган / Part of the plant Fe Cu Zn As Cd Pb Стебель / Stem Корни / Root Стебель / Stem Корни / Root Стебель / Stem Корни / Root Стебель / Stem Корни / Root Стебель / Stem Корни / Root Стебель / Stem Корни / Root Fe Стебель/ Stem 1 Корни/ Root 0,467* 1 Cu Стебель/ Stem -0,068 -0,006 1 Корни/ Root 0,131 0,468* 0,565* 1 Zn Стебель/ Stem 0,040 0,268* 0,568* 0,663* 1 Корни/ Root 0,144 0,375* 0,414* 0,854* 0,738* 1 As Стебель/ Stem -0,311* -0,139 0,063 -0,031 -0,079 -0,060 1 Корни/ Root 0,064 0,277* -0,058 0,033 -0,179 -0,090 0,480* 1 Cd Стебель/ Stem 0,166 0,372* -0,253 0,162 -0,223 0,145 0,256 0,275* 1 Корни/ Root 0,052 0,125 -0,191 0,075 -0,152 0,009 0,233 0,344* 0,602* 1 Pb Стебель/ Stem 0,091 0,343* 0,488* 0,665* 0,715* 0,650* -0,095 -0,093 -0,137 -0,096 1 Корни/ Root 0,197 0,546* 0,427* 0,874* 0,673* 0,822* -0,129 -0,063 0,159 0,011 0,829* 1 * Статистически значимая взаимосвязь (p < 0,05). У корня и стебля тростника самая тесная корреляционная связь отмечалась между содержанием Pb в стеблях и корнях тростника и содержанием Fe в корнях, Cu - в стебле и корнях, Zn - в стебле и корнях. Еще некоторые корреляционные связи: Pb - корень и стебель; Fe - стебель и корень; Cu - корень и Fe - корень; 516 ГЕОЭКОЛОГИЯ Cu - корень и стебель; Zn - стебель и Fe -корень; Zn - стебель и Cu - стебель; Zn - стебель и Cu - корень; Zn - корень и Fe - корень; Zn - корень и Cu - стебель; Zn - корень и Cu - корень; As - стебель и Fe - стебель; As - корень и Fe - корень; As - корень и стебель; Cd - стебель и As -корень; Cd - корень и As - корень; Cd - стебель и корень. Таблица 6 Коэффициенты корреляции тяжелых металлов в стеблях и корнях водного гиацинта на исследуемых участках [Coefficients of correlation of heavy metals in water hyacinth stems and roots in the investigated areas] Металл / Metal Орган / Part of the plant Fe Cu Zn As Cd Pb Стебель / Stem Корни / Root Стебель / Stem Корни / Root Стебель / Stem Корни / Root Стебель / Stem Корни / Root Стебель / Stem Корни / Root Стебель / Stem Корни / Root Fe Стебель/ Stem 1 Корни/ Root 0,362* 1 Cu Стебель/ Stem 0,180 0,148 1 Корни/ Root 0,189 0,306* 0,683* 1 Zn Стебель/ Stem 0,215 0,244* 0,614* 0,676* 1 Корни/ Root 0,195 0,295* 0,588* 0,805* 0,883* 1 As Стебель/ Stem 0,034 0,067 -0,028 -0,013 -0,019 -0,045 1 Корни/ Root 0,070 0,032 0,001 -0,048 -0,064 -0,082 0,808* 1 Cd Стебель/ Stem 0,021 -0,033 0,013 -0,098 -0,068 -0,029 0,450* 0,341* 1 Корни/ Root -0,153 -0,022 0,106 0,039 -0,070 -0,094 0,370* 0,382* 0,584* 1 Pb Стебель/ Stem 0,138 0,303* 0,394* 0,591* 0,716* 0,745* 0,146 0,067 -0,022 -0,071 1 Корни/ Root 0,102 0,230* 0,563* 0,673* 0,798* 0,849* 0,173 0,075 0,029 -0,101 0,851* 1 * Статистически значимая взаимосвязь (p < 0,05). У корня и стебля водного гиацинта самая тесная корреляционная связь отмечалась между содержанием Pb в стеблях и корнях водного гиацинта и содержанием Zn - в стебле и корнях, Cu в корнях. Еще некоторые корреляционные связи: Pb - корень и стебель; Cu - корень и стебель; Zn - стебель и Fe - корень; Zn - стебель и Cu - стебель; Zn - стебель и Cu - корень; Zn - корень и Cu - стебель; Zn - корень и Cu - корень; As - корень и стебель; Cd - стебель и As - корень; Cd - корень и As - корень; Cd - стебель и корень. Вывод. В результате проведенных исследований можно сделать вывод что в корнях прибрежной водной растительности в корнях накапливается больше тяжелых металлов, чем в стеблях. Во влажный сезон в прибрежной водной растительности накапливается больше тяжелых металлов, чем в сухой. И по накоплению тяжелых металлов прибрежной растительностью, можно судить о степени загрязнения водоема тяжелыми металлами. У корня и стебля тростника самая тесная корреляционная связь отмечалась между содержанием Pb в стеблях и корнях тростника и содержанием Fe в корнях, Cu - в стебле и корнях, Zn - в стебле и корнях. У корня и стебля тростника самая тесная корреляционная связь отмечалась между содержанием Pb в стеблях и корнях тростника и содержанием Fe в корнях, Cu - в стебле и корнях, Zn - в стебле и корнях.

Об авторах

Тхе Нго Кыонг

Астраханский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: ngothecuong87@gmail.com

аспирант Астраханского государственного технического университета

ул. Татищева 16, Астрахань, Россия, 414056

Светлана Васильевна Золотокопова

Астраханский государственный технический университет

Email: zolotokopova@mail.ru

профессор кафедры безопасности жизнедеятельности и инженерной экологии Астраханского государственного технического университета

ул. Татищева 16, Астрахань, Россия, 414056

Список литературы