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

Растительность агрофитоценозов представлена большим видовым разнообразием (табл. 2).

Таблица 2

Видовой состав растительности агрофитоценозов

Статистическая обработка полученных результатов исследований проводилась с использованием прикладных программных пакетов «MatLab R2007b», «Statistica for Windows», версия 6.0, и программного продукта «Microsoft Excel 2003». Поскольку в ряде случаев предположение о нормальности закона действия распределения остаточных случайных величин в моделях, описанных в дисперсионном анализе, не выполнялось, при статистической обработке автором дополнительно были применены различные непараметрические методы проверки однородности выборок для оценки влияния различных факторов на исследуемый признак с использованием непараметрического критерия Фридмана.

Результаты исследования и обсуждение

В результате ранее проведенных исследований по определению суммарного уровня загрязнения почвенного покрова сельскохозяйственных угодий, находящихся в зоне воздействия РУП «Белорусский автомобильный завод» и РУП «Кузнечный завод тяжелых штамповок» (КЗТШ), по девяти основным элементам - загрязнителям (марганец, медь, цинк, цирконий, хром, кобальт, олово, свинец и никель) установлен показатель Кс, который рассчитывался по отношению к региональному кларку по формуле [9]:

Zc = (KcMn+KcCu+ КсZn+КсZr+KcCr +KcCo+KcSn+KcPb+ КсNi) - 8.

По результатам поэлементного обследования элементарных участков, на которых размещались полевые и луговые агрофитоценозы, рассчитаны значения Zc, а опасность загрязнения почв определена по оценочной шкале (табл. 3). К аномальным были отнесены концентрации, которые в 1,5 раза и более превышают кларки [10]. Установлено, что территория пробных площадок № 9 и 12, расположенных в непосредственной близости от КЗТШ, относится по опасности загрязнения почв к умеренной категории с наличием контрастной педогеохимической аномалии по кобальту.

Таблица 3

Суммарное загрязнение почв сельскохозяйственных угодий, мг/кг

В исследованиях было также выявлено наличие точечной геохимической аномалии по меди в районе пробной площадки № 17, хотя опасность загрязнения почвы в данном месте классифицировалась как допустимая. Проведенные исследования показали, что по степени загрязнения почв элементами - загрязнителями, наиболее неблагополучными в санитарно-гигиеническом отношении, являются центр города, а также западное направление, где в результате атмосферных выпадений поллютантов и интенсивной сельскохозяйственной деятельности сформировалась низкоконтрастная педогеохимическая аномалия, включающая свинец, медь, хром, кобальт и имеющая радиус около 10 км.

Обращает на себя особое внимание тот факт, что, несмотря на господство западных ветров, наибольшее количество поллютантов в почве накопилось именно на западе от городской черты, хотя теоретически аномальные зоны должны были находиться на востоке. Это свидетельствует о том, что отраслевая специфика промышленного производства, обусловливающая количество и состав поллютантов, генетический тип и водный режим почв, а также уровень интенсификации сельскохозяйственного производства, определяют состояние экологической ситуации в зонах воздействия крупных промышленных центров Республики Беларусь, которое характеризуется в целом как неудовлетворительное.

В результате проведенных автором биогеохимических исследований было определено содержание Ni, Pb, Sn, Co, Cr, Zr, Zn, Cu и Mn в растениях, произрастающих в полевых и луговых агрофитоценозах в зоне воздействия крупного промышленного центра. Полевые агрофитоценозы были представлены посадками картофеля и посевами зерновых (озимая рожь, озимая и яровая пшеница, ячмень), зернобобовых (вика, сераделла), крестоцветных (озимый рапс) и технических (кукуруза) культур на автоморфной дерново-подзолистой легкосуглинистой почве и посевом озимой ржи на гидроморфной торфяной почве низинного типа. Луговые агрофитоценозы были представлены преимущественно посевами многолетних злаковых и бобовозлаковых трав на гидроморфной торфяной почве низинного типа и автоморфной дерново-подзолистой легкосуглинистой почве. На основании анализа полученных результатов установлено, что различные виды растений обладают селективной способностью к накоплению химических элементов.

Содержание меди в растениях полевых агрофитоценозов колебалось от 1,45 до 14,8 мг/кг, максимальные различия фиксировались в наиболее контрастных видах растений - различия в 10,2 раза установлены для ячменя ярового и крапивы двудомной. Количество меди в растениях луговых агрофитоценозов составляло от 2,54 мг/кг у лядвенца рогатого до 35,3 мг/кг у злаковых трав, максимальное различие - в 13,9 раза. Из всех видов растений только злаковые травы накапливали медь в токсичных для растений концентрациях (более 20 мг/кг). В целом более высокое содержание меди в растениях отмечалось на торфяной почве низинного типа, классифицируемой по степени загрязнения как сильная и чрезвычайная. Это может быть связано с повышенным содержанием органического вещества в торфе, а также с интенсивной сельскохозяйственной деятельностью на землях, расположенных вблизи птицефабрики «Октябрьская», внесением медьсодержащих удобрений и куриного помета.

Количество марганца в растениях полевых фитоценозов не зависело от типа почв и колебалось от 2,77 до 47,3 мг/кг. Самыми чувствительными к воздействию марганца оказались бобовые растения и злаки. Содержание марганца в растениях луговых фитоценозов не превышало допустимых концентраций и составляло от 6,53 мг/кг у вьюнка полевого до 52,7 мг/кг у ромашки непахучей, максимальное различие - в 8,6 раза.

Количество олова в растениях полевых фитоценозов не зависело от типа почвы и колебалось от 0,11 мг/кг у клевера лугового до 2,72 мг/кг у одуванчика лекарственного, максимальное различие - в 24,7 раза. Содержание олова в растениях луговых фитоценозов находилось в пределах 0,08-0,79 мг/кг, в то же время в люцерне посевной на торфяной почве отмечалось повышенное содержание олова - 7,96 мг/кг, что может быть связано с близостью автомагистрали.

Содержание цинка в растениях полевых фитоценозов не зависело от типа почвы, было значительно ниже средних фоновых значений и колебалось от 3,47 мг/кг у ячменя ярового до 54,1 мг/кг у крапивы двудомной, максимальное различие - в 15,6 раза. В растениях луговых фитоценозов содержание цинка также было невысоким - от 11,7 мг/кг у бодяка полевого до 46,3 мг/кг у осота полевого, максимальное различие - в 3,9 раза. Это объясняется тем, что сельскохозяйственные угодья в целом имеют кислотность рН более 6 и в присутствии фосфатов, которые поступают в почву с фосфорными удобрениями, усвояемость цинка растениями значительно понижается.

Среднее содержание свинца в растениях полевых агрофитоценозов не зависело от типа почвы и колебалось от 0,19 мг/кг у сераделлы до 6,76 мг/кг у василька синего, максимальное различие - в 35,5 раза. В растениях луговых фитоценозов количество свинца изменялось от 0,17 мг/кг у клевера лугового до 3,49 мг/кг у дремы белой, максимальное различие составляло 20,5 раза.

Количество никеля в растениях полевых фитоценозов колебалась от 0,12 до 7,46 мг/кг, максимальные различия (62,1 раза) установлены для дремы белой и озимой ржи. При этом следует отметить, что синяк обыкновенный, пикульник обыкновенный, вьюнок полевой, озимая рожь, полевица гигантская и мята полевая накапливали никель в концентрациях выше их нормального содержания в растениях (0,5-5,0 мг/кг). В растениях луговых фитоценозов количество никеля изменялось от 0,14 мг/кг у пастушьей сумки до 5,17 мг/кг у полевицы гигантской, максимальное различие - в 36,9 раза. Содержание никеля зависело от типа почвы и ее окультуренности. Несмотря на то что значительная часть элемента концентрируется в илистых, богатых гумусом фракциях почвы, отрицательное действие никеля было сильнее выражено на неокультуренных дерново-подзолистых почвах, поскольку элемент на таких почвах не стимулирует синтез металлсвязывающего белка [11].

В опытах показано, что предельная величина максимального содержания элементов в растениях существенно различается и зависит, прежде всего, от гранулометрического состава, кислотности и влажности почвы, содержания гумуса, соотношения тяжелых металлов и питательных элементов, вида растений и т.д. Проведенными исследованиями установлено, что большинство растений полевых и луговых фитоценозов накапливало тяжелые металлы - хром и кобальт - в токсичных концентрациях.

Содержание хрома в растениях полевых фитоценозов колебалось от 0,57 мг/кг у дремы белой до 25,7 мг/кг у синяка обыкновенного, максимальное различие составляло 45,0 раза. Большинство растений полевых фитоценозов - картофель, озимый рапс, полынь обыкновенная, бодяк полевой, полынь горькая, озимая пшеница, ромашка непахучая, подмаренник цепкий, синяк обыкновенный, пикульник обыкновенный, сераделла, вьюнок полевой, озимая рожь, василек синий, марь белая, вика посевная, клевер луговой, мята полевая на дерново-подзолистой почве и озимая рожь, крапива двудомная, лопух большой, щавель конский на торфяной почве - накапливали хром в токсичных для растений концентрациях (более 10 мг/кг). Количество хрома в растениях луговых фитоценозов колебалось от 0,60 мг/кг у клевера лугового до 9,06 мг/кг у вероники полевой, максимальное различие составляло 15,1 раза.

Марь белая, дрема белая, одуванчик лекарственный, полевица гигантская, ромашка непахучая, полынь обыкновенная, люцерна посевная, пастушья сумка, лопух большой, вероника полевая, пикульник обыкновенный на дерново-подзолистой почве, а бодяк полевой, тимофеевка луговая, костер безостый, лапчатка прямостоячая, осот полевой на торфяной почве также накапливали хром в концентрациях выше их нормального содержания в растениях (2-5 мг/кг).

Количество кобальта в растениях полевых фитоценозов в значительной степени определяется почвенными условиями и изменялось от 0,11 мг/кг у озимого рапса до 4,73 мг/кг у озимой ржи, максимальное различие составляло 43,0 раза. Большая часть растений полевых фитоценозов - картофель, бодяк полевой, полынь горькая, озимая пшеница, ромашка непахучая, подмаренник цепкий, пикульник обыкновенный, сераделла, озимая рожь, василек синий, фиалка полевая, горец вьюнковый, овес, клевер луговой на дерново-подзолистой почве - накапливала кобальт в токсичных для растений концентрациях. Содержание кобальта в растениях луговых фитоценозов колебалось от 0,01 мг/кг у одуванчика лекарственного до 4,24 мг/кг у вероники полевой, максимальное различие составило 424,0 раза. Одуванчик лекарственный, злаковые травы, полынь обыкновенная, полынь горькая, лопух большой, вероника полевая, дрема ночная, пикульник обыкновенный, вьюнок полевой и райграс однолетний на дерново-подзолистой почве также накапливали кобальт в токсичных концентрациях. Несмотря на то что содержание кобальта в почве связано с наличием органического вещества и глинистых частиц, его усвояемость растениями была более высокой на дерново-подзолистой почве. Подобные результаты были получены и в работах других авторов [12].