В условиях нарастающей техногенной нагрузки на водоемы повышается интерес к оценке современного состояния водоемов по уровню содержания тяжелых металлов в высшей водной растительности. Высшая водная растительность играет важную роль в биотическом балансе, процессах формирования качества воды и биологического режима водоемов [4]. Сообщества прибрежно-водных растений накапливая тяжелые металлы, удерживают их в течение вегетационного периода, и тем самым, способствуют фильтрации и поддержанию качества воды в озере [3]. Учитывая тот факт, что заросли Phragmites australis (Cav.) Trin.en Steud. в оз. Кенон занимают значительные площади по северному и западному побережью озера, становится актуальным вопрос оценки его роли в накоплении тяжелых металлов.
Целью работы – оценить концентрацию тяжелых металлов в Phragmites australis (Cav.) Trin.en Steud. озера Кенон.
Материалы и методы исследования
Озеро Кенон – самый крупный водоем Забайкальского края в бассейне р. Амур, подверженное значительной рекреационной и антропогенной нагрузке [6]. С 1965 г. озеро используется как водоем-охладитель ТЭЦ-1. За период использования озеро претерпело некоторые изменения [1,2,5,7].
Материалом для исследования послужили пробы растения собранные в 2011–2013 гг., в вегетационный период. Концентрации тяжелых металлов определяли методом массспектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) прибор CP-MS Elan DRC II PerkinElmer (США) в лаборатории Института тектоники и геофизики им. Ю.А. Косыгина г. Хабаровск.
Результаты исследования и их обсуждение
Результаты проведенных исследований показали, что содержание ряда тяжелых металлов в P. australis оз. Кенон достигает значительных концентраций, и варьируют в очень широких пределах (табл.1, 2).
В первую очередь это касается Al, максимальные и минимальные концентрации которого, в разных частях растения, различается до 808 раз. Свыше 100 раз различают значения концентрации Pb, Fe, Co, Ba (соответственно 164, 144, 126, 125 раз). Довольно широкие значения концентрации отмечены для W, Mn, V, Cd соответственно в 84, 64, 51, 35 раза. Значения Mo, Ni, Sr, Cr, Bi, Sn, Cu, Zn, Ti и Hg различается от 6 до 25 раз. Выявленные широкие вариации концентрации свидетельствуют о неоднозначной экологической ситуации в водоеме и указывают на разную степень антропогенной нагрузки на разные побережья озера, а также на разную аккумулятивную способность разных органов растения.
Сравнительный анализ концентрации тяжелых металлов в органах P. australis показал высокие значения большинства исследованных элементов в корнях, что соответствует данным других авторов [4]. Данный факт свидетельствует о наличии в корневого барьера по без барьерному типу, не позволяющего тяжелым металлам накапливаться в макрофитах в избыточных количествах. В листьях высоко значение Mo, Sr; в метелках Zn; в стеблях Sn. В целом концентрации исследованных элементы в органах P. australis убывают в следующем порядке: корни → листья → метелки → стебли и данный ряд характерен для всех станциях обследования.
Таблица 1
Содержание металлов в Phragmites australis мг/кг сухого веса
|
|
08.06.2012 |
08.08.2012 |
13.07.2012 |
||||||
|
|
устье Кадалинки |
КСК |
|||||||
|
Л+С |
К |
М |
Л |
С |
К |
М |
Л |
С |
|
|
Fe |
948,21 |
1527,45 |
227,24 |
880,76 |
60,20 |
2865,55 |
122,45 |
457,84 |
109,77 |
|
Mn |
160,63 |
225,57 |
134,54 |
258,47 |
137,27 |
210,37 |
108,25 |
153,08 |
16,65 |
|
Al |
365,83 |
2232,64 |
278,33 |
287,34 |
81,34 |
21175,09 |
85,03 |
469,80 |
128,40 |
|
Sr |
71,63 |
28,67 |
52,16 |
336,56 |
22,94 |
98,36 |
26,58 |
107,20 |
9,25 |
|
Zn |
23,67 |
40,08 |
27,96 |
28,98 |
8,13 |
35,99 |
41,93 |
9,53 |
3,61 |
|
Ti |
89,08 |
36,37 |
8,18 |
7,46 |
3,85 |
71,22 |
5,54 |
31,24 |
9,48 |
|
Ni |
3,42 |
4,36 |
1,86 |
3,20 |
0,94 |
4,03 |
2,13 |
0,42 |
0,29 |
|
Cu |
3,30 |
7,96 |
2,01 |
4,62 |
- |
4,20 |
3,88 |
3,90 |
0,12 |
|
Co |
1,72 |
1,39 |
0,13 |
0,90 |
0,09 |
2,83 |
0,07 |
0,19 |
0,05 |
|
Mo |
0,69 |
0,37 |
0,86 |
4,51 |
0,11 |
1,45 |
0,30 |
0,57 |
0,19 |
|
W |
0,19 |
2,28 |
0,20 |
1,04 |
0,05 |
1,33 |
0,23 |
0,06 |
0,02 |
|
Sn |
0,09 |
0,07 |
- |
- |
- |
0,27 |
0,07 |
0,18 |
0,05 |
|
Cd |
0,01 |
0,05 |
0,04 |
0,06 |
0,01 |
0,35 |
0,01 |
0,01 |
0,00 |
|
Hg |
0,01 |
0,07 |
0,02 |
0,04 |
0,00 |
0,03 |
0,01 |
0,00 |
0,00 |
|
Pb |
0,54 |
1,18 |
0,85 |
0,56 |
0,11 |
11,64 |
0,27 |
0,30 |
0,01 |
|
Cr |
5,20 |
19,38 |
4,31 |
1,80 |
2,67 |
7,24 |
5,58 |
2,26 |
1,09 |
|
V |
6,07 |
1,71 |
0,25 |
0,85 |
0,17 |
4,43 |
0,33 |
1,31 |
0,23 |
|
Bi |
0,04 |
0,13 |
0,03 |
0,04 |
0,02 |
0,17 |
0,01 |
0,01 |
0,00 |
|
Ba |
17,95 |
23,71 |
16,05 |
51,36 |
8,63 |
445,31 |
8,34 |
19,89 |
3,56 |
Примечание: М – метелки; Л – листья; С- стебли; К – корни.
Таблица 2
Содержание металлов в Phragmites australis мг/кг сухого веса
|
|
08.06.2012 |
13.07.2012 |
08.08.2012 |
|||||
|
|
ТЭЦ |
ТЭЦ |
ТЭЦ |
|||||
|
Л + С |
М |
Л |
С |
М |
Л |
С |
К |
|
|
Fe |
137,93 |
1106,77 |
170,54 |
76,96 |
273,57 |
140,53 |
49,47 |
8701,97 |
|
Mn |
110,53 |
129,14 |
255,33 |
61,33 |
128,68 |
325,89 |
26,19 |
1064,70 |
|
Al |
175,14 |
263,75 |
147,70 |
143,45 |
324,36 |
92,10 |
213,65 |
1399,96 |
|
Sr |
52,08 |
80,36 |
151,92 |
19,49 |
75,65 |
173,85 |
18,91 |
57,40 |
|
Zn |
19,48 |
48,92 |
6,09 |
13,50 |
32,80 |
4,58 |
5,88 |
43,57 |
|
Ti |
6,48 |
12,66 |
9,55 |
5,84 |
16,17 |
4,90 |
5,10 |
19,10 |
|
Ni |
1,81 |
1,29 |
0,60 |
0,22 |
1,91 |
0,46 |
0,35 |
6,33 |
|
Cu |
2,98 |
6,48 |
- |
1,62 |
4,97 |
0,82 |
- |
3,63 |
|
Co |
0,13 |
0,13 |
0,05 |
0,03 |
0,19 |
0,05 |
0,11 |
11,36 |
|
Mo |
0,47 |
0,57 |
1,25 |
0,32 |
0,56 |
0,89 |
0,18 |
2,43 |
|
W |
0,07 |
1,18 |
0,05 |
0,03 |
0,09 |
0,08 |
0,10 |
2,52 |
|
Sn |
0,08 |
- |
0,08 |
0,05 |
0,08 |
- |
0,54 |
0,11 |
|
Cd |
0,02 |
0,01 |
0,00 |
- |
0,07 |
0,01 |
0,00 |
0,21 |
|
Hg |
0,01 |
0,03 |
0,00 |
0,00 |
0,01 |
0,00 |
0,00 |
0,06 |
|
Pb |
0,26 |
0,31 |
0,06 |
0,02 |
0,85 |
0,19 |
0,16 |
3,28 |
|
Cr |
2,34 |
5,71 |
1,56 |
1,50 |
3,85 |
2,30 |
2,93 |
3,26 |
|
V |
0,17 |
0,40 |
0,54 |
0,18 |
0,76 |
0,12 |
0,19 |
6,09 |
|
Bi |
0,02 |
0,01 |
0,00 |
0,00 |
0,01 |
0,01 |
0,02 |
0,11 |
|
Ba |
7,24 |
17,51 |
34,23 |
8,27 |
11,18 |
16,85 |
4,29 |
29,01 |
Оценка концентрации тяжелых металлов на разных станциях показывает наибольшие концентрации тяжёлых металлов на станции ТЭЦ в районе непосредственного воздействия Читинской ТЭЦ-1. За ним следует станция устье Кадалинки, здесь выявлены высокие концентрации Al, Sr, Zn, Ti, Ni, Cu, Mo, Hg, Cr – это обусловлено дренажем вод с золошлакоотвала поступающих в ручей.
В целом концентрации тяжелых металлов в P. australis убывает в следующем порядке: Al > Fe > Mn > Sr > Ba > Zn > Ti > Cr > Cu > Ni > Pb > Co > Mo > W > Zn > Cd > Bi > Hg.
Заключение
Результаты исследования показывают, что заросли P. australis выполняют роль естественного барьера для тяжелых металлов, а также могут использовать как тест объекты индикации среды.
Работа выполнена при финансовой поддержке проекта РФФИ № 14-05-98013 р_Сибирь_а и проекта СО РАН VIII.79.1.2. «Динамика природных и природно-антропогенных систем в условиях изменения климата и антропогенной нагрузки (на примере Забайкалья)».