Из большого числа разнообразных химических веществ, поступающих в окружающую среду из антропогенных источников, особое место занимают тяжёлые металлы. В современных условиях загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами вопрос стабильности качества урожая приобретает определённый смысл, который трактуется в возможности получения растениеводческой продукции, пригодной в пищу человека [8]. Поступая в растения в избытке, тяжёлые металлы подавляют нормальный ход метаболических процессов, делают опасной растительную продукцию. Высокие концентрации тяжёлых металлов блокируют активные центры в ферментах, ослабляют энергетику клеток, снижают синтез белков и фотосинтез, нарушают водообмен и т.д. [3]. Зерно злаковых культур широко используется в пищу и на корм скоту, из него изготавливают муку, макаронные и крупяные изделия, в том числе и для детского и диетического питания, поэтому исследование на содержание тяжёлых металлов очень актуально.

Целью исследования являлась оценка экологического состояния зерновых культур в Новосибирской области по содержанию тяжёлых металлов.

Для достижения цели решались следующие задачи: определить уровни концентрации кадмия, свинца, цинка и меди в зерне яровой пшеницы, овса и ячменя, оценить их соответствие предельно допустимым концентрациям.

Объекты и методы

Объектами десятилетнего исследования являлись зерновые культуры: яровая пшеница, ячмень и овёс. Исследования проводили на 10 реперных участках локального мониторинга, заложенных ФГБУ «ЦАС «Новосибирский» с учетом природно-сельскохозяйственных и производственно-технологических условий. Расположены участки в пяти природно-геоморфологических районах Новосибирской области (Приобское плато, Кузнецкая котловина, Колывань - Томская возвышенность, Предсалаирская равнина, Барабинская низменность). Почвы - наиболее типичные для каждой морфоструктуры (чернозём  выщелоченный, светло­-серая лесная оподзоленная, серая лесная оподзоленная, тёмно-серая лесная оподзоленная, тёмно-серая лесная, чернозёмно-луговая солонцеватая, солонец глубокий). В образцах зерна определяли валовое содержание тяжёлых металлов, которое проводили методом атомно-абсорбционной спектрометрии с пламенной атомизацией в соответствии с ГОСТ 30178-96 [2]. Предварительная подготовка проб проводилась способом  сухой минерализации.

Результаты исследования и их обсуждение.

Уровни концентрации тяжёлых металлов, выявленные в 2002-2011 гг. в зерне яровой пшеницы, овса и ячменя  на территории Новосибирской области и их предельно допустимые концентрации  (ПДК) представлены в таблице 1.

Таблица 1

Содержание тяжёлых металлов в зерне злаковых культур, мг/кг воздушно-сухой массы

Химический элемент	x̅±sx̅	lim	V, %
Яровая пшеница
Кадмий	0,033 ± 0,004	0,002 - 0,080	55,7
Свинец	0,33 ± 0,03	0,03 - 0,50	41,4
Цинк	35,30 ± 1,53	17,90 - 46,40	20,4
Медь	5,15 ± 0,40	2,50 - 9,20	36,6
Овёс
Кадмий	0,048 ± 0,009	0,030 - 0,070	36,0
Свинец	0,25 ± 0,04	0,16 - 0,33	33,7
Цинк	33,30 ± 5,02	24,40 - 45,00	30,1
Медь	3,71 ± 0,97	2,40 - 6,50	52,1
Ячмень
Кадмий	0,018 ± 0,006	0,010 - 0,030	56,8
Свинец	0,23 ± 0,14	0,09 - 0,36	58,2
Цинк	23,40 ± 7,60	11,3 - 37,4	56,2
Медь	3,49 ± 0,87	1,76 - 4,50	43,1
ПДК [1]: кадмий - 0,10; свинец - 0,50; медь - 10,0; цинк - 50,0

Установленное в ходе локального мониторинга на реперных участках содержание цинка в зерне яровой пшеницы оказалось сравнимым с данными исследований В.Б. Ильина и А.И. Сысо [4], тоже выполненных на территории Новосибирской области. Диапазон концентраций меди оказался шире (2,40-9,20 мг/кг), а уровни концентрации кадмия и свинца - несколько ниже данных приведённых авторов.

Полученные уровни концентрации цинка и меди в зерне ячменя соотносятся с данными, приведёнными в литературе [7], тогда как содержание кадмия и свинца в наших исследованиях несколько ниже средних значений указанных данных.

Зерно овса используется не только на кормовые цели, но и в диетическом питании. Выявленные нами в зерне овса концентрации кадмия, цинка и меди соотносятся с исследованиями И.Ш. Фатыхова и соавторов [9]. Так, содержание этих элементов в приведённой работе составляет 0,061-0,086; 26,0-41,0 и 3,7-4,2 мг/кг соответственно, а содержание свинца установлено в пределах 0,03 мг/кг. В наших исследованиях уровень концентрации свинца в зерне овса был значительно выше, он колеблется от 0,16 до 0,33 мг/кг, при этом оставаясь ниже ПДК (0,5 мг/кг [1]), что соотносится с другими исследованиями  [5].

В целом нами выявлено значительное варьирование содержания тяжёлых металлов по культурам и по элементам. Вместе с тем концентрации кадмия, свинца, цинка и меди в зерновых культурах не превышают ПДК [1,6], что подтверждает их экологическую безопасность и возможность широкого применения для употребления в пищу, в том числе для детского и диетического питания. Медь и цинк содержатся в пониженных концентрациях [10], что может свидетельствовать о снижении минеральной полноценности продукции.

Выводы

1. Уровни концентрации кадмия, свинца, цинка и меди в зерновых культурах ниже ПДК. Таким образом, растительная продукция экологически безопасна по содержанию тяжёлых металлов, что объективно отражает уровень антропогенной нагрузки и степень агрогенного влияния на агроценозы зерновых культур Новосибирской области.
2. Выявлено низкое содержание меди (менее 5 мг/кг) в зерне овса и ячменя и цинка (менее 30 мг/кг) в зерне ячменя, свидетельствующие о дефиците биологически необходимых элементов и недостаточной минеральной полноценности продукции, что может негативно отразиться на здоровье животных и человека.

Рецензенты:

Наплёкова Н.Н., д.б.н., профессор, зав. кафедрой агроэкологии микробиологии, ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет», г. Новосибирск;

Коробова Л.Н., д.б.н., с.н.с., профессор кафедры агроэкологии микробиологии, ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет», г. Новосибирск.