Содержание некоторых тяжелых металлов в растительности полевых и луговых агрофитоценозов в условиях техногенного загрязнения почвенного покрова | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2011. № 1 (13).

Содержание некоторых тяжелых металлов в растительности полевых и луговых агрофитоценозов в условиях техногенного загрязнения почвенного покрова

Проведенные исследования по изучению загрязненности растений, произрастающих в полевых и луговых агрофитоценозах в непосредственной близости от промышленных предприятий, позволили впервые выявить виды и семейства растений, накапливающие в повышенных количествах тяжелые металлы. Установлено, что дикорастущие сорные растения, сформировавшиеся в условиях техногенного воздействия крупного промышленного центра, обладают более высокими адаптационными способностями к приоритетным загрязнителям, по сравнению с культурными растениями.

Heavy metals concentration in plants of field and poic agrophytocenoses in conditions of anthropogenic contamination of soil cover.pdf ВведениеУровень химического загрязнения почв характеризует степень неблаго-приятного воздействия экзогенных химических веществ на здоровье населе-ния. Показателями уровня загрязненности почв являются коэффициент кон-центрации химического вещества (Кс) и суммарный показатель загрязнения(Zс), который характеризует эффект воздействия ассоциации химическихэлементов при полиэлементном загрязнении. По суммарному коэффициентузагрязнения разработана оценочная шкала опасности загрязнения почв, в со-ответствии с которой загрязнение почв делится на четыре категории: допус-тимое - Zс менее 16, умеренно опасное - 16-32, опасное - 32-128, чрезвы-чайно опасное - более 128 [1, 2].В Республике Беларусь эколого-геохимическое изучение городов, вклю-чающее исследование и оценку состояния растительности и почв, осуществ-ляли различные научно-исследовательские учреждения: Институт геологиче-ских наук (ИГН НАН Беларуси), Институт природопользования НАН Бела-руси, Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича (ИЭБ НАНБеларуси), Белорусский научно-исследовательский центр «Экология» (Бел-НИЦ «Экология»), Белорусский научно-исследовательский геологоразведоч-ный институт (БелНИГРИ), Центральный ботанический сад НАН Беларуси,Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды РеспубликиБеларусь и ряд других. Биогеохимические исследования растительности внашей стране были направлены преимущественно на выявление региональ-ных особенностей накопления микроэлементов и оценку их фоновых концен-траций.Результаты исследований агроэкосистем в пригороде г. Минска, прове-денных С.Е. Головатым, Н.Д. Волковой, С.В. Савченко, П.Ф. Жигаревым,свидетельствуют, что концентрации Cd, Pb, Zn, Cu и Ni в почвах, многолет-них, однолетних и бобовых травостоях в основном выше средних фоновыхзначений и в отдельных случаях превышают максимально допустимые уров-ни [3]. В некоторых исследованиях проводилось также изучение закономер-ностей накопления тяжелых металлов (ТМ) в пойменном разнотравье приго-рода Минска [4].Работы многих исследователей показали, что между химическим составомрастений и элементным составом среды существует определенная связь, нопрямая зависимость содержания ТМ в растениях от содержания в почве частонарушается из-за избирательной способности растений к накоплению эле-ментов в необходимом количестве [5]. По-видимому, существует генетиче-ский и экологический факторы формирования элементного состава растений.Их приоритетность меняется в зависимости от условий окружающей среды,при техногенном загрязнении экологический фактор становится ведущим [6].Результаты исследований также свидетельствуют о том, что одни виды рас-тений способны накапливать высокие концентрации ТМ и проявлять устой-чивость к ним, в то же время другие растения стремятся снизить поступлениеТМ путем максимального использования своих барьерных функций.Несмотря на различную способность растений к накоплению ТМ, биоакку-муляция известных элементов имеет определенную тенденцию, которая позво-ляет классифицировать ТМ на несколько групп: первая - элементы интенсив-ного поглощения (Cd, Cs, Rb); вторая - элементы средней степени поглощения(Zn, Mo, Cu, Pb, As, Co); третья - элементы слабогоТ а б л и ц а 1Пределы колебаний нормальных концентраций элементов в растениях, мг/кгТМ Минеев В.Г.,1990Чертко Н.К.,2002, 2008Ковальский В.В.,1974Кабата-Пендиас А.,Пендиас Х.,1989Nieber et.al., 1978;Molski,Dmuchowski,1986Кобальт 0,3-0,5 - - 0,03-0,57 -Хром 0,2-1,0 - - 0,02-0,2 -Медь 2-12 5-30 3-12 2-20 < 30Никель 0,4-3,0 < 1,0 - 0,1-2,7 -Свинец 0,1-5,0 1,5-14,0 - 0,05-3,0 < 30Олово 0,8-6,0 - - - -Цинк 15-150 15-150 20-60 - < 100Марганец - 20-300 20-60 17-334 -Цирконий - - - 0,005-2,6 -Цель исследований заключалась в определении специфики техногенногозагрязнения некоторыми тяжелыми металлами растительности полевых илуговых агрофитоценозов в условиях техногенного загрязнения почвенногопокрова с учетом видового разнообразия растений.Материалы и методики исследованийИсследования по определению специфики техногенного загрязнения не-которыми тяжелыми металлами растительности полевых и луговых агрофи-тоценозов проводились в ходе многолетних наблюдений за состоянием агро-фитоценозов и характером происходящих в них изменений в техногеннойсреде по сравнению с условно чистой территорией.Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:- организация сети постоянных пробных площадок агрофитоценозов сучетом их расстояния и направления от промышленного центра, физико-географических и экологических характеристик, а также специфики антропо-генного воздействия;- определение видовых особенностей накопления некоторых тяжелых ме-таллов в растениях полевых и луговых агрофитоценозов с учетом степенитехногенной нагрузки;- оценка степени экологической трансформации растительного покроваагрофитоценозов под воздействием антропогенных нагрузок.Исходя из поставленных задач, объекты исследований должны иметь рядкритериев, по которым их можно объединить в группы аналогов с цельюпроведения сравнительного анализа особенностей функционирования в усло-виях естественной и урбанизированной среды. Сравниваемые агрофитоцено-зы представлены посевами культурных растений, которые формируются че-ловеком и выращиваются по рекомендуемым интенсивным технологиям вравноценных почвенно-климатических условиях, отличаясь лишь степеньювлияния антропогенных факторов.Для проведения экспериментов по изучению воздействия выбросов пол-лютантов промышленными предприятиями на растительность полевых и лу-говых агрофитоценозов был выбран Смолевичский район Минской области,отличающийся высокой степенью техногенной нагрузки. Территория Смоле-вичского района, примыкающая к наиболее типичному для Республики Беларуськрупному промышленному центру - г. Жодино, является идеальным местом дляпроведения исследований с целью выявления закономерностей формированияэкологической ситуации, которая складывается на сельскохозяйственных угодь-ях в результате атмосферного выпадения загрязнителей и интенсивной сельско-хозяйственной деятельности. Жодино является населенным пунктом областно-го подчинения, расположен в 50 км от Минска. На 1.01.2005 г. в г. Жодинопроживало 60 800 человек. На территории города зарегистрированы и осуще-ствляют производственно-хозяйственную деятельность более 230 субъектовхозяйствования. Наиболее крупные из них: РУПП «Белорусский автомобиль-ный завод» - крупнейшее специализированное предприятие машинострои-тельной промышленности по выпуску большегрузных автосамосвалов, пред-назначенных для работы в карьерах открытой добычи полезных ископаемых,а также для работы на строительстве крупных гидротехнических и промыш-ленных сооружений; РУП «Кузнечный завод тяжелых штамповок» - специа-лизированное предприятие по обеспечению заготовками, узлами и деталямипредприятий машиностроительного комплекса; ОАО «Світанак», УП завод«Энергоконструкция», Жодинская ТЭЦ, Жодинский хлебозавод, ОАО «Ре-миз» и др.В имеющейся в настоящее время отечественной и зарубежной литературеотсутствуют какие-либо сведения об особенностях и использовании единыхметодических подходов для оценки химического загрязнения растительностиагрофитоценозов на сельскохозяйственных угодьях в зонах воздействиякрупных промышленных центров. С целью установления причинно-следственных связейприлегающих к промышленному центру сельскохозяйственных угодьях, по-скольку пробные площадки должны были отвечать следующим требованиям:- быть рассредоточенными по всей исследуемой территории;- находиться в зоне воздействия источников загрязнения;- являться репрезентативными для данной территории;- иметь площадь не менее 20 м2;- быть легко определяемыми на местности и сохраняться неизменными напротяжении всего периода наблюдений.На выбранных 22 пробных площадках в зоне промышленного загрязнениятерритории проводились наблюдения за геоботанической структурой фито-ценозов, характером и спецификой аккумуляции тяжелых металлов в расти-тельности. Геоботанические исследования растительности агрофитоценозовпроводились маршрутно-рекогносцировочным методом. В пределах каждогоагрофитоценоза закладывалась пробная площадка площадью 100 м2. На каж-дой площадке проводился комплекс фитоценологических и эколого-геохими-ческих исследований (отбор растительных и почвенных образцов для лабора-торных агрохимических, гранулометрических и эколого-геохимических ана-лизов). Отбор проб растений проводили в сухую погоду с 8 до 10 часов утра.Отобранные пробы растений очищали от механических загрязнителей и при-месей, промывали водой и высушивали до воздушно-сухого состояния. Воз-душно-сухие образцы растительности измельчались в лабораторной мельни-це, прессовались в таблетки, которые помещались в пакеты из кальки, марки-ровались и в дальнейшем анализировались на содержание микроэлементовметодом рентгено-флуоресцентного анализа на приборе марки РФА-СЕР-01производства фирмы ElvaX (Украина) с использованием методики выполне-ния измерений МВИ. МН 3272-2009, утвержденной Белорусским государст-венным институтом метрологии [8].Растительность агрофитоценозов представлена большим видовым разно-образием (табл. 2).Т а б л и ц а 2Видовой состав растительности агрофитоценозовСемейство Вид растений1 2Гречишные -PolygonaceaeЩавель конский - Rumex confertus Willd., горец вьюнковый -Polygonum convolvulus L.Мареновые -Rubiaceae Подмаренник цепкий - Galium aparine L.Пасленовые -Solanaceae Картофель - Solanum tuberosum L.Фиалковые -Violaceae Фиалка полевая - Viola arvensis Murr.Яснотковые -LamiaceaeПикульник обыкновенный - Galeopsis teterahit L., мята полевая -Mentha arvensis L.Крестоцветные -BrassicaceaeРапс посевной - Brassica napus L., пастушья сумка - Capsella bursapastiris L., ярутка полевая - Thlaspi arvense L.О к о н ч а н и е т а б л. 21 2Астровые -AsteraceaeПолынь обыкновенная - Artemisia vulgaris L, полынь горькая - Artemisiaabsinthium L., ромашка непахучая - Matricaria inodora L.,одуванчик лекарственный - Taraxacum officinale Wigg., бодяк поле-вой - Cirsium arvense (L.) Scop, василек синий - Centaurea cyanus L.,тысячелистник обыкновенный - Achillea millefolium L., осот поле-вой - Sonchus arvensis L., лопух большой - Arctium lappa L.Бобовые -FabaceaeКлевер луговой - Trifolium pratense L., клевер гибридный - Trifoliumhybridum L., лядвенец рогатый - Lotus corniculatus L., сараделла -Septimontium pratense L., люцерна посевная - Medicago arvensis L.,вика посевная - Vicia pratense L.Злаки -GramineaeПолевица гигантская - Agrostis gigantea Roth., кукуруза - Zea mays L.,пшеница - Triticum aestivum L., рожь озимая - Secale cereale L., кос-тер безостый - Bromus inermis (Leys). Holub., тимофеевка луговая -Phleum pretense L., ячмень - Hordeum vulgare L., ежа сборная - Dactylisglomerata L., пырей ползучий - Elytrigia repens (L.) Nevski, мят-лик луговой - Poa pratensis L., райграс однолетний - Loliumwesterwoldicum L.Крапивные -Urticeae Крапива двудомная - Urtica dioica L.Вьюнковые -Convolvulaceae Вьюнок полевой - Convolvulus arvensis L.Гвоздичные -CaryophyllaceaeДрема белая Melandrium album (Mill.) Garcke (Silene alba Krause.),дрема ночная - Melandrium nictiflorum (L.) Fries., звездчатка сред-няя - Stellaria media (L.) Vill.Подорожнико-вые - Plantagina-сеаеПодорожник большой - Plantago major L., вероника полевая -Veronica arvensis L.Бурачниковые -Boragiaceae Синяк обыкновенный - Echium vulgare L.Колокольчико-вые - CampanulaceaeКолокольчик раскидистый - Campanula patula L.Маревые -Cheopodiaceae Марь белая - Chenopodium album L.Розоцветные -Rosaceae Лапчатка гусиная - Potentilla anserina L.Статистическая обработка полученных результатов исследований прово-дилась с использованием прикладных программных пакетов «MatLabR2007b», «Statistica for Windows», версия 6.0, и программного продукта «MicrosoftExcel 2003». Поскольку в ряде случаев предположение о нормально-сти закона действия распределения остаточных случайных величин в моде-лях, описанных в дисперсионном анализе, не выполнялось, при статистиче-ской обработке автором дополнительно были применены различные непара-метрические методы проверки однородности выборок для оценки влиянияразличных факторов на исследуемый признак с использованием непарамет-рического критерия Фридмана.Результаты исследования и обсуждениеВ результате ранее проведенных исследований по определению суммар-ного уровня загрязнения почвенного покрова сельскохозяйственных угодий,находящихся в зоне воздействия РУП «Белорусский автомобильный завод» иРУП «Кузнечный завод тяжелых штамповок» (КЗТШ), по девяти основнымэлементам - загрязнителям (марганец, медь, цинк, цирконий, хром, кобальт,олово, свинец и никель) установлен показатель Кс, который рассчитывалсяпо отношению к региональному кларку по формуле [9]:Zc = (KcMn+KcCu+ КсZn+КсZr+KcCr +KcCo+KcSn+KcPb+ КсNi) - 8.По результатам поэлементного обследования элементарных участков, накоторых размещались полевые и луговые агрофитоценозы, рассчитаны зна-чения Zc, а опасность загрязнения почв определена по оценочной шкале(табл. 3). К аномальным были отнесены концентрации, которые в 1,5 раза иболее превышают кларки [10]. Установлено, что территория пробных площа-док № 9 и 12, расположенных в непосредственной близости от КЗТШ, отно-сится по опасности загрязнения почв к умеренной категории с наличием кон-трастной педогеохимической аномалии по кобальту.Т а б л и ц а 3Суммарное загрязнение почв сельскохозяйственных угодий, мг/кгКоэффициент концентрации химического элемПробные ентаплощадки Mn Cu Zn Zr Cr Co Sn Pb Ni ZcРегиональный кларк 247 13 35 336 36 6 1 12 206 1,34 0,66 0,39 0,50 0,79 10,7 1,56 1,28 0,28 97 1,16 0,71 0,35 0,30 0,72 8,78 3,33 0,84 0,16 88 1,25 0,94 0,42 0,27 1,10 8,03 1,49 1,05 0,25 69 1,52 2,25 0,87 0,61 0,86 14,4 3,38 1,36 0,24 1712 2,63 0,69 0,81 0,44 0,94 15,8 3,56 1,88 0,37 1917 0,96 4,48 0,48 0,47 0,71 8,90 4,36 1,04 0,35 13В исследованиях было также выявлено наличие точечной геохимическойаномалии по меди в районе пробной площадки № 17, хотя опасность загряз-нения почвы в данном месте классифицировалась как допустимая. Проведен-ные исследования показали, что по степени загрязнения почв элементами -загрязнителями, наиболее неблагополучными в санитарно-гигиеническомотношении, являются центр города, а также западное направление, где в ре-зультате атмосферных выпадений поллютантов и интенсивной сельскохозяй-ственной деятельности сформировалась низкоконтрастная педогеохимиче-ская аномалия, включающая свинец, медь, хром, кобальт и имеющаялевая специфика промышленного производства, обусловливающая количест-во и состав поллютантов, генетический тип и водный режим почв, а такжеуровень интенсификации сельскохозяйственного производства, определяютсостояние экологической ситуации в зонах воздействия крупных промыш-ленных центров Республики Беларусь, которое характеризуется в целом какнеудовлетворительное.В результате проведенных автором биогеохимических исследований былоопределено содержание Ni, Pb, Sn, Co, Cr, Zr, Zn, Cu и Mn в растениях, про-израстающих в полевых и луговых агрофитоценозах в зоне воздействиякрупного промышленного центра. Полевые агрофитоценозы были представ-лены посадками картофеля и посевами зерновых (озимая рожь, озимая и яро-вая пшеница, ячмень), зернобобовых (вика, сераделла), крестоцветных (ози-мый рапс) и технических (кукуруза) культур на автоморфной дерново-подзолистой легкосуглинистой почве и посевом озимой ржи на гидроморф-ной торфяной почве низинного типа. Луговые агрофитоценозы были пред-ставлены преимущественно посевами многолетних злаковых и бобово-злаковых трав на гидроморфной торфяной почве низинного типа и авто-морфной дерново-подзолистой легкосуглинистой почве. На основании анали-за полученных результатов установлено, что различные виды растений обла-дают селективной способностью к накоплению химических элементов.Содержание меди в растениях полевых агрофитоценозов колебалось от 1,45до 14,8 мг/кг, максимальные различия фиксировались в наиболее контрастныхвидах растений - различия в 10,2 раза установлены для ячменя ярового и кра-пивы двудомной. Количество меди в растениях луговых агрофитоценозов со-ставляло от 2,54 мг/кг у лядвенца рогатого до 35,3 мг/кг у злаковых трав, мак-симальное различие - в 13,9 раза. Из всех видов растений только злаковые тра-вы накапливали медь в токсичных для растений концентрациях (более20 мг/кг). В целом более высокое содержание меди в растениях отмечалось наторфяной почве низинного типа, классифицируемой по степени загрязнениякак сильная и чрезвычайная. Это может быть связано с повышенным содержа-нием органического вещества в торфе, а также с интенсивной сельскохозяйст-венной деятельностью на землях, расположенных вблизи птицефабрики «Ок-тябрьская», внесением медьсодержащих удобрений и куриного помета.Количество марганца в растениях полевых фитоценозов не зависело оттипа почв и колебалось от 2,77 до 47,3 мг/кг. Самыми чувствительными квоздействию марганца оказались бобовые растения и злаки. Содержание мар-ганца в растениях луговых фитоценозов не превышало допустимых концен-траций и составляло от 6,53 мг/кг у вьюнка полевого до 52,7 мг/кг у ромашкинепахучей, максимальное различие - в 8,6 раза.Количество олова в растениях полевых фитоценозов не зависело от типапочвы и колебалось от 0,11 мг/кг у клевера лугового до 2,72 мг/кг у одуван-чика лекарственного, максимальное различие - в 24,7 раза. Содержание оловав растениях луговых фитоценозов находилось в пределах 0,08-0,79 мг/кг, в тоже время в люцерне посевной на торфяной почве отмечалось повышенноесодержание олова - 7,96 мг/кг, что может быть связано с близостью автома-гистрали.Содержание цинка в растениях полевых фитоценозов не зависело от типапочвы, было значительно ниже средних фоновых значений и колебалось от3,47 мг/кг у ячменя ярового до 54,1 мг/кг у крапивы двудомной, максималь-ное различие - в 15,6 раза. В растениях луговых фитоценозов содержаниецинка также было невысоким - от 11,7 мг/кг у бодяка полевого до 46,3 мг/кгу осота полевого, максимальное различие - в 3,9 раза. Это объясняется тем,что сельскохозяйственные угодья в целом имеют кислотность рН более 6 и вприсутствии фосфатов, которые поступают в почву с фосфорными удобре-ниями, усвояемость цинка растениями значительно понижается.Среднее содержание свинца в растениях полевых агрофитоценозов не за-висело от типа почвы и колебалось от 0,19 мг/кг у сераделлы до 6,76 мг/кг увасилька синего, максимальное различие - в 35,5 раза. В растениях луговыхфитоценозов количество свинца изменялось от 0,17 мг/кг у клевера луговогодо 3,49 мг/кг у дремы белой, максимальное различие составляло 20,5 раза.Количество никеля в растениях полевых фитоценозов колебалась от 0,12до 7,46 мг/кг, максимальные различия (62,1 раза) установлены для дремы бе-лой и озимой ржи. При этом следует отметить, что синяк обыкновенный, пи-кульник обыкновенный, вьюнок полевой, озимая рожь, полевица гигантскаяи мята полевая накапливали никель в концентрациях выше их нормальногосодержания в растениях (0,5-5,0 мг/кг). В растениях луговых фитоценозовколичество никеля изменялось от 0,14 мг/кг у пастушьей сумки до 5,17 мг/кгу полевицы гигантской, максимальное различие - в 36,9 раза. Содержаниеникеля зависело от типа почвы и ее окультуренности. Несмотря на то что зна-чительная часть элемента концентрируется в илистых, богатых гумусомфракциях почвы, отрицательное действие никеля было сильнее выражено нанеокультуренных дерново-подзолистых почвах, поскольку элемент на такихпочвах не стимулирует синтез металлсвязывающего белка [11].В опытах показано, что предельная величина максимального содержанияэлементов в растениях существенно различается и зависит, прежде всего, отгранулометрического состава, кислотности и влажности почвы, содержаниягумуса, соотношения тяжелых металлов и питательных элементов, вида рас-тений и т.д. Проведенными исследованиями установлено, что большинстворастений полевых и луговых фитоценозов накапливало тяжелые металлы -хром и кобальт - в токсичных концентрациях.Содержание хрома в растениях полевых фитоценозов колебалось от0,57 мг/кг у дремы белой до 25,7 мг/кг у синяка обыкновенного, максималь-ное различие составляло 45,0 раза. Большинство растений полевых фитоце-нозов - картофель, озимый рапс, полынь обыкновенная, бодяк полевой, по-лынь горькая, озимая пшеница, ромашка непахучая, подмаренник цепкий,синяк обыкновенный, пикульник обыкновенный, сераделла, вьюнок полевой,озимая рожь, василек синий, марь белая, вика посевная, клевер луговой, мятаполевая на дерново-подзолистой почве и озимая рожь, крапива двудомная,лопух большой, щавель конский на торфяной почве - накапливали хром втоксичных для растений концентрациях (более 10 мг/кг). Количество хрома врастениях луговых фитоценозов колебалось от 0,60 мг/кг у клевера лугового до9,06 мг/кг у вероники полевой, максимальное различие составляло 15,1 раза.Марь белая, дрема белая, одуванчик лекарственный, полевица гигантская, ро-машка непахучая, полынь обыкновенная, люцерна посевная, пастушья сумка,лопух большой, вероника полевая, пикульник обыкновенный на дерново-подзолистой почве, а бодяк полевой, тимофеевка луговая, костер безостый, лап-чатка прямостоячая, осот полевой на торфяной почве также накапливали хром вконцентрациях выше их нормального содержания в растениях (2-5 мг/кг).Количество кобальта в растениях полевых фитоценозов в значительнойстепени определяется почвенными условиями и изменялось от 0,11 мг/кг уозимого рапса до 4,73 мг/кг у озимой ржи, максимальное различие составля-ло 43,0 раза. Большая часть растений полевых фитоценозов - картофель, бо-дяк полевой, полынь горькая, озимая пшеница, ромашка непахучая, подма-ренник цепкий, пикульник обыкновенный, сераделла, озимая рожь, василексиний, фиалка полевая, горец вьюнковый, овес, клевер луговой на дерново-подзолистой почве - накапливала кобальт в токсичных для растений концен-трациях. Содержание кобальта в растениях луговых фитоценозов колебалосьот 0,01 мг/кг у одуванчика лекарственного до 4,24 мг/кг у вероники полевой,максимальное различие составило 424,0 раза. Одуванчик лекарственный, зла-ковые травы, полынь обыкновенная, полынь горькая, лопух большой, веро-ника полевая, дрема ночная, пикульник обыкновенный, вьюнок полевой ирайграс однолетний на дерново-подзолистой почве также накапливали ко-бальт в токсичных концентрациях. Несмотря на то что содержание кобальта впочве связано с наличием органического вещества и глинистых частиц, егоусвояемость растениями была более высокой на дерново-подзолистой почве.Подобные результаты были получены и в работах других авторов [12].Содержание циркония в растениях полевых фитоценозов не зависело оттипа почвы и колебалось от 0,11 мг/кг у озимой пшеницы до 32,0 мг/кг у по-лыни горькой - максимальное различие составляло 290 раз. В концентраци-ях, превышающих нормальные для растений, накапливали цирконий одуван-чик лекарственный, подмаренник цепкий, пикульник обыкновенный, сера-делла, вьюнок полевой, озимая рожь, марь белая, горец вьюнковый, полевицагигантская, мята полевая и полынь горькая. Содержание циркония в растени-ях луговых фитоценозов колебалось от 0,27 мг/кг у фиалки полевой до18,0 мг/кг у бодяка полевого, максимальное различие составляло 66,6 раза.Накапливали цирконий в концентрациях, превышающих нормальные, сле-дующие виды растений: марь белая, дрема белая, одуванчик лекарственный,полынь обыкновенная, клевер луговой, бодяк полевой, люцерна посевная,лопух большой, щавель конский, пикульник обыкновенный, вьюнок полевойи одуванчик лекарственный.Результаты исследований свидетельствуют, что в условиях техногенногозагрязнения тяжелыми металлами экологический фактор формирования эле-ментного состава растений становится ведущим, поскольку в условиях выяв-ленных геохимических аномалий по кобальту и хрому подвижность послед-них в системе «почва - растение» значительно увеличивается, что приводит кизбыточному накоплению этих элементов в растениях. Причем поллютантыактивно участвуют в перераспределении элементов по почвенному профилюи в условиях оттока веществ в гидроморфных торфяных почвах, содержащихбольшее количество органического вещества, происходит избыточное накоп-ление загрязнителей, по сравнению с автоморфными почвами. Следует иметьв виду, что поглощение химических элементов почвой, как справедливо от-мечает А.Н. Гундарева [13], не всегда и не обязательно сопровождается ихнакоплением в растении, поскольку это зависит от биологических особенно-стей растений и геохимических особенностей среды их обитания.В исследованиях автора для многих видов растений полевых и луговых аг-рофитоценозов, которые относятся к наиболее распространенным в Централь-ной зоне Республики Беларусь видам (полынь обыкновенная, полынь горькая,одуванчик лекарственный, ромашка непахучая, василек синий, бодяк полевой),отмечалась большая разница между минимальным и максимальным значения-ми содержания химических элементов, что является наилучшим подтвержде-нием предположения о том, что чем больше микроэлементов с широким ин-тервалом концентраций сочетается в одном растении, тем больше экологиче-ская амплитуда произрастания данного растения и, как следствие, выше егоадаптационные способности в условиях техногенного загрязнения.Полученные результаты исследований позволили выявить закономерно-сти распределения кобальта, олова, свинца, никеля, марганца, меди, цинка,циркония и хрома в растениях агрофитоценозов и провести группировку рас-тений по их устойчивости к накоплению тяжелых металлов в зависимости отпринадлежности к различным семействам (табл. 4).Т а б л и ц а 4Содержание тяжелых металлов в растениях агрофитоценозов,относящихся к различным семействам, мг/кгТМ Высокое содержание Низкое со-держаниеОт высокогодо низкогосодержания1 2 3 4более 1,5 до 1,0Кобальт ГречишныеМареновыеПасленовыеФиалковыеЯснотковыеКрестоцвет-ныеАстровыеБобовыеЗлакиболее 8,0 до 6,0Олово АстровыеГречишныеКрапивныеЯснотковыеВьюнковыеЗлакиКрестоцветныеБобовыеболее 20,0 до 10,0СвинецАстровыеГвоздичныеЯснотковыеЗлаки БобовыеМареновыеПодорожнико-выеболее 5,0 до 3,0НикельБурачниковыеВьюнковыеЗлакиЯснотковыеАстровыеБобовыеГвоздичныеГречишныеКрестоцветныеО к о н ч а н и е т а б л. 41 2 3 4более 130,0 до 50,0Марганец ГречишныеКрапивныеФиалковыеЯснотковыеБурачниковыеВьюнковыеАстровыеБобовыеЗлакиболее 10,0 до 8,0Медь Крапивные БурачниковыеЗлакиАстровыеБобовыеболее 50,0 до 40,0Цинк КолокольчиковыеКрапивныеБурачниковыеМареновыеЯснотковыеАстровыеБобовыеЗлакиболее 20,0 до 10,0ЦирконийАстровыеВьюнковыеГвоздичныеКрестоцветныеМаревыеМареновыеЯснотковыеПасленовыеФиалковыеБобовыеГречишныеЗлакиболее 5,0 до 4,0ХромАстровыеБобовыеБурачниковыеКрапивныеКрестоцветныеМаревыеПасленовыеЯснотковыеГвоздичныеГречишныеЗлакиВ исследованиях впервые выявлены виды и семейства травянистых растений,накапливающие в повышенных и минимальных количествах тяжелые металлы, атакже обладающие контрастной избирательной способностью к накоплениюотдельных элементов и характеризующиеся широкой экологической амплитудойпроизрастания на территории Центральной зоны Республики Беларусь:Растения, способные к повышенному накоплению ТМ:- семейство Астровые (Asteraceae) - полынь обыкновенная, ромашка не-пахучая, одуванчик лекарственный;- семейство Крапивные (Urticaceae) - крапива двудомная;- семейство Злаки (Graminea) - полевица гигантская, кукуруза, пшеница,рожь озимая;- семейство Бобовые (Fabaceae) - клевер луговой, клевер гибридный.Растения, накапливающие минимальные концентрации ТМ:- семейство Мареновые (Rubiaceae) - подмаренник цепкий;- семейство Бобовые (Fabaceae) - лядвенец рогатый;- семейство Крестоцветные (Brassicaceae) - рапс, пастушья сумка;- семейство Злаки (Graminea) - костер безостый.Растения, характеризующиеся широкой амплитудой произрастания:- семейство Бурачниковые (Boraginaceae) - синяк обыкновенный;- семейство Бобовые (Fabaceae) - сераделла;- семейство Вьюнковые (Convolvulaceae) - вьюнок полевой;- семейство Астровые (Asteraceae) - бодяк полевой, василек синий;- семейство Гречишные (Polygonaceae) - щавель конский;- семейство Гвоздичные (Caryophyllaceae) - дрема белая, дрема ночная.Установленные в результате исследований закономерности и выявленнаяселективная способность растений к накоплению тяжелых металлов в расти-тельности агрофитоценозов имеет практическую значимость, поскольку онипозволяют спланировать оптимальное размещение сельскохозяйственныхкультур в севооборотах в зоне воздействия крупных промышленных центров,что позволит, с одной стороны, получить нормативно-чистую продукциюрастениеводства и, с другой стороны, провести реабилитацию загрязненныхтяжелыми металлами земель посредством выращивания растений - накопи-телей элементов с последующим отчуждением полученной биомассы. Длясанации почв в зонах с наиболее сильным загрязнением предлагается исполь-зование следующих видов дикорастущих травянистых растений: полыньобыкновенная, полынь горькая, ромашка непахучая, одуванчик лекарствен-ный, крапива двудомная, полевица гигантская, которые, наряду со значи-тельным накоплением металлов, формируют большую фитомассу.Выводы1. Более высокое содержание тяжелых металлов в растениях агрофитоце-нозов отмечалось на гидроморфной торфяной почве низинного типа, что мо-жет быть связано с повышенным содержанием органического вещества вторфе по сравнению с дерново-подзолистой легкосуглинистой почвой, а так-же интенсивной сельскохозяйственной деятельностью на землях, располо-женных вблизи птицефабрики «Октябрьская».2. В условиях техногенного загрязнения тяжелыми металлами экологиче-ский фактор формирования элементного состава растений становится веду-щим. В зонах выявленных геохимических аномалий подвижность ТМ в сис-теме «почва - растение» значительно увеличивается, что приводит к их избы-точному накоплению в растениях.3. Выявлены закономерности распределения кобальта, олова, свинца, ни-келя, марганца, меди, цинка, циркония и хрома в растениях полевых и луго-вых агрофитоценозов и проведена группировка растений по их устойчивостик накоплению тяжелых металлов

Ключевые слова

тяжелые металлы, агрофитоценозы, семейства растений, загрязненность, сорные растения, экологическая амплитуда произрастания, heavy metals, agrophytocenoses, plants families, wild weeds, ecological amplitude of growing

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Позняк Сергей СтепановичМеждународный государственный экологический университет им. А.Д. Сахарова (г. Минск, Республика Беларусь)кандидат сельскохозяйственных наук, доцент; проректор по научной работеpazniak@iseu.by
Всего: 1

Ссылки

Головатый С.Е., Савченко С.В., Позняк С.С., Чистик О.В. Мониторинг и использование земельных ресурсов: Учеб. пособие. Минск: МГЭУ им. А.Д. Сахарова, 2009. 149 с.
Инструкция 2.1.7.11-12-5-2004. Гигиеническая оценка почвы населенных мест: утв. Министерством здравоохранения РБ. Минск, 2004. 39 с.
Головатый С.Е., Жигарев П.Ф., Волкова Н.Д., Савченко С.В. Влияние техногенного загрязнения кормовых угодий на качество сельскохозяйственной продукции // Почвы и их плодородие на рубеже столетий: II съезд Белорусского общества почвоведов. Минск, 2001. Кн. 3. С. 39-40.
Савченко С.В. и др. Современное эколого-геохимическое состояние пойменных почв и растений Беларуси // Почвенные исследования и применение удобрений. 2001. Вып. 26. С. 85-100.
Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва - растение. Новосибирск: Наука, 1991. 151 с.
Полевой В.В. Физиология растений. М.: Высшая школа, 1989. 464 с.
Минеев В.Г. Химизация земледелия и природная среда. М.: Агропромиздат, 1990. 287 с.
Позняк С.С. Методологические подходы к исследованию содержания микроэлементов в зерне ячменя в зависимости от применяемых средств интенсификации // Экологический вестник. 2008. № 2(5). С. 110-116.
Калинович А.С., Позняк С.С., Романовский Ч.А., Феденя В.М. Воздействие производственной деятельности РУП «БелАЗ» на загрязнение почвенного покрова территории завода и прилегающих сельскохозяйственных угодий // Экологический вестник. 2009. № 1(7). С. 36-46.
Тяжелые металлы в системе почва - растение - удобрение. М.: Пролетарский светоч, 1997. 290 с.
Бингам Ф.Т., Коста М., Эйхенбергер Э. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. М.: Мир, 1993. 368 c.
Bloomfield C. The translocation of metals in soils // The Chemistry of Soil Processes / Eds. D.J. Greenland, M.H.B. Hayes. N.Y.: John Willey & Sons, 1981. P. 463.
Гундарева А.Н. Биогенная миграция меди, цинка и марганца в наземных экосистемах Астраханской области: Автореф. дис. … канд. биол. наук. Астрахань: АГТУ, 2006. 24 с.
 Содержание некоторых тяжелых металлов в растительности полевых и луговых агрофитоценозов в условиях техногенного загрязнения почвенного покрова | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2011. № 1 (13).

Содержание некоторых тяжелых металлов в растительности полевых и луговых агрофитоценозов в условиях техногенного загрязнения почвенного покрова | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2011. № 1 (13).

Полнотекстовая версия