Heavy metals in birch leaves during reduction of emissions from a large copper smelter

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The concentrations of heavy metals Cu, Zn, Cd, and Pb in the leaves of Betula pubescens were analyzed at 10 sites along the pollution gradient near the Middle Ural copper smelter. The studies were carried out during the period of moderate emissions (2009) and after their reduction to a minimum (2019). Leaf samples were collected in early and late summer. Cu and Cd showed a strong negative correlation with the distance to the smelter. The interannual differences are most pronounced for Pb, the concentration of which significantly decreased in 2019 at the sites closest to the smelter compared to 2009. In both years, the concentrations of metals in the leaves increased towards the end of the growing season.

About the authors

E. A. Belskaya

Institute of Plant and Animal Ecology, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: belskaya@ipae.uran.ru
Ekaterinburg, Russia

G. A. Zamshina

Institute of Plant and Animal Ecology, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: belskaya@ipae.uran.ru
Ekaterinburg, Russia

References

  1. Everett J.L., Day C.L., Reynolds D. Comparative survey of lead at selected sites in the British Isles in relation to air pollution // Food Cosmet. Toxicol. 1967. V. 5. P. 29−35.
  2. Weiss P., Offenthaler I., Öhlinger R., Wimmer J. Higher plants as accumulative bioindicators // Bioindicators and biomonitors, principles, concepts and applications / Eds. Markert B.A., Breure A.M., Zechmeister H.G. Amsterdam: Elsevier, 2003. P. 465–500. https://doi.org/10.1016/S0927-5215(03)80143-1
  3. Tomašević M., Aničić M., Jovanović Lj. et al. Deciduous tree leaves in trace elements biomonitoring: A contribution to methodology // Ecol. Indicators. 2011. V. 11. P. 1689–1695. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2011.04.017
  4. Hoodaji M., Ataabadi M., Najafi P. Biomonitoring of airborne heavy metal contamination // Air pollution – monitoring, modelling, health and control / Ed. Khare M. Rijeka: InTechOpen, 2012. P. 97–122.
  5. Есенжолова А.Ж., Панин Н.С. Биоиндикационная способность листьев древесных и кустарниковых насаждений для оценки загрязнения среды тяжелыми металлами в зоне действия металлургического комплекса // Экология и промышленность России. 2013. № 7. С. 49–53.
  6. Little P. A study of heavy metal contamination of leaf surfaces // Environ. Pollut. 1973. V. 5. № 3. P. 159–172. https://doi.org/10.1016/0013-9327(73)90085-2
  7. Лицуков С.Д., Акинчин А.В. Транслокация тяжелых металлов в системе почва—растение. Белгород: Изд-во БелГСХА, 2013. 201 с.
  8. Коротеева Е.В., Веселкин Д.В., Кудрявцева Н.Б. и др. Накопление тяжелых металлов в разных органах березы повислой возле Карабашского медеплавильного комбината // Агрохимия. 2015. № 3. С. 88–96.
  9. Медведев И.Ф., Деревягин С.С. Тяжелые металлы в экосистемах. Саратов: Ракурс, 2017. 178 с.
  10. Kozlov M.V., Haukioja E., Bakhtiarov A.V., Stroganov D.N. Heavy metals in birch leaves around a nickel-copper smelter at Monchegorsk, Northwestern Russia // Environ Pollut. 1995. V. 90. №3. P. 291–299. https://doi.org/10.1016/0269-7491(95)00027-O
  11. Ветчинникова Л.В., Кузнецова Т.Ю., Титов А.Ф. Особенности накопления тяжелых металлов в листьях древесных растений на урбанизированных территориях в условиях севера // Труды КарНЦ РАН. 2013. № 3. С. 68–73.
  12. Zakrzewska M., Klimek B. Trace element concentrations in tree leaves and lichen collected along a metal pollution gradient near Olkusz (Southern Poland) // Bull. Hist. Chem. 2018. V. 100. P. 245–249. https://doi.org/10.1007/s00128-017-2219-y
  13. Heliövaara K., Väisänen R. Air pollution levels and abundance of forest insects // Acidification in Finland / Eds. Kauppi K. et al. Berlin: Springer, 1990. P. 447–467.
  14. Koricheva J., Haukioja E. Effects of air pollution on host plant quality, individual performance, and population density of Eriocrania miners (Lepidoptera: Eriocraniidae) // Environ. Entomol. 1992. V. 21. № 6. P. 1386–1392. https://doi.org/10.1093/ee/21.6.1386
  15. Ruohomaki K., Kaitaniemi P., Kozlov M. et al. Density and performance of Epirrita autumnata (Lepidoptera: Geometridae) along three air pollution gradients in northern Europe // J. Appl. Ecol. 1996. V. 33. № 4. P. 773–785. https://doi.org/10.2307/2404947
  16. Kozlov M.V., Zvereva E.L., Zverev V.E. Impacts of point polluters on terrestrial biota. Berlin etc.: Springer, 2009. 466 p. https://doi.org/10.1007/978-90-481-2467-1
  17. Бельская Е.А., Воробейчик Е.Л. Реакция филлофагов осины на выбросы Среднеуральского медеплавильного завода // Экология. 2013. № 2. С. 99–109. [Belskaya E.A., Vorobeichik E.L. Responses of leaf-eating insects feeding on aspen to emissions from the Middle Ural copper smelter // Russ. J. Ecol. 2013. V. 44. № 2. P. 108−117.] https://doi.org/10.1134/S1067413613020045
  18. Бельская Е.А., Воробейчик Е.Л. Изменение трофической активности филлофагов березы в градиенте загрязнения выбросами Среднеуральского медеплавильного завода // Сиб. экол. журн. 2015. № 3. С. 486–495. [Belskaya E.A., Vorobeichik E.L. Changes in the trophic activity of leaf-eating insects in birch along the pollution gradient near the Middle Ural copper smelter // Contemp. Probl. Ecol. 2015. V. 8. № 3. P. 397−404.] https://doi.org/10.7868/S0367059713020042
  19. Smith P.N., Cobb G.P., Godard-Codding C. et al. Contaminant exposure in terrestrial vertebrates // Environ. Pollut. 2007. V. 150. P. 41–64. https://doi.org/doi.org/10.1016/j.envpol.2007.06.009
  20. Luyssaert S., Raitio H., Vervaeke P. et al. Sampling procedure for the foliar analysis of deciduous trees // J. Environ. Monit. 2002. V. 4. № 6. P. 858–864. https://doi.org/10.1039/B208404J
  21. Kozlov M.V. Sources of variation in concentrations of nickel and copper in mountain birch foliage near a nickel-copper smelter at Monchegorsk, north-western Russia: results of long-term monitoring // Environ. Pollut. 2005. V. 135. P. 91–99. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2004.10.005
  22. Бельская Е.А. Динамика трофической активности филлофагов березы в период снижения атмосферных выбросов медеплавильного завода // Экология. 2018. № 1. С. 74–80. [Belskaya E.A. Dynamics of trophic activity of leaf-eating insects on birch during reduction of emissions from the Middle Ural copper smelter // Russ. J. Ecol. 2018. V. 49. № 1. P. 87−92.] https://doi.org/10.7868/S0367059718010092
  23. Воробейчик Е.Л., Трубина М.Р., Хантемирова Е.В. и др. Многолетняя динамика лесной растительности в период сокращения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2014. № 6. С. 448–458. [Vorobeichik E.L., Trubina M.R., Khantemirova E.V. et al. Long-term dynamic of forest vegetation after reduction of copper smelter emissions // Russ. J. Ecol. 2014. V. 45. № 6. P. 498–507]. https://doi.org/10.7868/S0367059714060158
  24. Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Свердловской области (2019) [Электронный ресурс]. – URL: https://ipae.uran.ru/library/publications_pdf/gos_doklady (дата обращения 27.12.2022).
  25. Freedman B., Hutchinson T.C. Pollutant inputs from the atmosphere and accumulations in soils and vegetation near a nickel-copper smelter at Sudbury, Ontario, Canada // Can. J. Bot. 2011. V. 58. P. 108–132. https://doi.org/10.1139/b80-014
  26. Лянгузова И.В. Динамика содержания никеля и меди в растениях сосновых лесов Кольского полуострова в условиях аэротехногенного загрязнения // Растит. ресурсы. 2008. Т. 44. Вып. 4. С. 91–98.
  27. Лянгузова И.В. Динамические тренды содержания тяжелых металлов в растениях и почвах при разном режиме аэротехногенной нагрузки // Экология. 2017. № 4. С. 250–260. [Lyanguzova I.V. Dynamic trends of heavy metal contents in plants and soil under different industrial air pollution regimes // Russ. J. of Ecol. 2017.V. 48. № 4. P. 311–320.] https://doi.org/ 10. 1134/ S1067413617040117.
  28. Kloke A., Sauerbeck D., Vetter H. The contamination of plants and soils with heavy metals and the transport of metals in terrestrial food chains // Changing metal cycles and human health / Ed. Nriagu J.O. Berlin: Springer, 1984. P. 113–141. https://doi.org/10.1007/978-3-642-69314-4_7
  29. Radojevic A.A., Serbula S.M., Kalinovic T.S. et al. Metal/metalloid content in plant parts and soils of Corylus spp. influenced by mining-metallurgical production of copper // Environ. Sci. Pollut. Res. 2017. V. 24. № 11. P. 10 326–10 340. https://doi.org/10.1007/s11356-017-8520-9
  30. Нестерков А.В. Поверхностное загрязнение луговых растений в период снижения атмосферных выбросов медеплавильного завода // Экология. 2019. № 4. С. 316–320. [Nesterkov A.V. Surface pollution of meadow plants during the period of reduction of atmospheric emissions from a copper smelter // Russ. J. Ecol. 2019. V. 50. № 4. P. 408–412.] https://doi.org/10.1134/S0367059719040127
  31. Мухачева С.В. Многолетняя динамика концентраций тяжелых металлов в корме и организме рыжей полевки (Myodes clareolus) в период снижения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2017. № 6. С. 461–471. [Mukhacheva S.V. Long-term dynamics of heavy metal concentrations in the food and liver of bank voles (Myodes glareolus) in the period of reduction of emissions from a copper smelter // Russ. J. Ecol. 2017. V. 48. № 6. P. 559–568.] https://doi.org/10.7868/S0367059717060087
  32. Воробейчик Е.Л., Кайгородова С.Ю. Многолетняя динамика содержания тяжелых металлов в верхних горизонтах почв в районе воздействия медеплавильного завода в период сокращения объемов его выбросов // Почвоведение. 2017. № 8. С 1009–1024. https://doi.org/10.1134/S1064229317080130
  33. Сморкалов И.А., Воробейчик Е.Л. Почвенное дыхание лесных экосистем в градиентах загрязнения среды выбросами медеплавильных заводов // Экология. 2011. № 6. С. 429–435. [Smorkalov I.A., Vorobeichik E.L. Soil respiration of forest ecosystems in gradients of environmental pollution by emissions from copper smelters // Russ. J. Ecol. 2011. V. 42. № 6, P. 464–470.] https://doi.org/10.1134/S1067413611060166
  34. Pulford I.D., Watson C. Phytoremediation of heavy metal-contaminated land by trees–a review // Environ. Int. 2003. V. 29. P. 529–540. https://doi.org/10.1016/S0160-4120(02)00152-6
  35. Riddell-Black D. Heavy metal uptake by fast growing willow species // Willow vegetation filters for municipal wastewaters and sludges: A biological purification system /Eds.: Ansson P., Perttu K. Uppsala: Swedish Univ. of Agricultural Sci., 1994. P. 145–151.
  36. Ross S.M. Toxic metals: fate and distribution in contaminated ecosystems // Toxic metals in soil – plant systems / Ed. Ross S.M. Chicheer: Wiley, 1994. P. 189–243.
  37. Ehlin P.O. Seasonal variations in metal contents of birch // Geol. Foren. Stockh. Forh. 1982. V. 104. P. 63–67. https://doi.org/10.1080/11035898209454538
  38. Ветчинникова Л.В., Кузнецова Т.Ю., Титов А.Ф. Особенности накопления тяжелых металлов в листьях древесных растений на урбанизированных территориях в условиях севера // Труды Карел. НЦ РАН. 2013. № 3.С. 68–73.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (422KB)
Indexing metadata
3.

Download (221KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Е.А. Бельская, Г.А. Замшина

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies