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

Содержание циркония в растениях полевых фитоценозов не зависело от типа почвы и колебалось от 0,11 мг/кг у озимой пшеницы до 32,0 мг/кг у полыни горькой - максимальное различие составляло 290 раз. В концентрациях, превышающих нормальные для растений, накапливали цирконий одуванчик лекарственный, подмаренник цепкий, пикульник обыкновенный, сераделла, вьюнок полевой, озимая рожь, марь белая, горец вьюнковый, полевица гигантская, мята полевая и полынь горькая. Содержание циркония в растениях луговых фитоценозов колебалось от 0,27 мг/кг у фиалки полевой до 18,0 мг/кг у бодяка полевого, максимальное различие составляло 66,6 раза. Накапливали цирконий в концентрациях, превышающих нормальные, следующие виды растений: марь белая, дрема белая, одуванчик лекарственный, полынь обыкновенная, клевер луговой, бодяк полевой, люцерна посевная, лопух большой, щавель конский, пикульник обыкновенный, вьюнок полевой и одуванчик лекарственный.

Результаты исследований свидетельствуют, что в условиях техногенного загрязнения тяжелыми металлами экологический фактор формирования элементного состава растений становится ведущим, поскольку в условиях выявленных геохимических аномалий по кобальту и хрому подвижность последних в системе «почва - растение» значительно увеличивается, что приводит к избыточному накоплению этих элементов в растениях. Причем поллютанты активно участвуют в перераспределении элементов по почвенному профилю и в условиях оттока веществ в гидроморфных торфяных почвах, содержащих большее количество органического вещества, происходит избыточное накопление загрязнителей, по сравнению с автоморфными почвами. Следует иметь в виду, что поглощение химических элементов почвой, как справедливо отмечает А.Н. Гундарева [13], не всегда и не обязательно сопровождается их накоплением в растении, поскольку это зависит от биологических особенностей растений и геохимических особенностей среды их обитания.

В исследованиях автора для многих видов растений полевых и луговых агрофитоценозов, которые относятся к наиболее распространенным в Центральной зоне Республики Беларусь видам (полынь обыкновенная, полынь горькая, одуванчик лекарственный, ромашка непахучая, василек синий, бодяк полевой), отмечалась большая разница между минимальным и максимальным значениями содержания химических элементов, что является наилучшим подтверждением предположения о том, что чем больше микроэлементов с широким интервалом концентраций сочетается в одном растении, тем больше экологическая амплитуда произрастания данного растения и, как следствие, выше его адаптационные способности в условиях техногенного загрязнения.

Полученные результаты исследований позволили выявить закономерности распределения кобальта, олова, свинца, никеля, марганца, меди, цинка, циркония и хрома в растениях агрофитоценозов и провести группировку растений по их устойчивости к накоплению тяжелых металлов в зависимости от принадлежности к различным семействам (табл. 4).

Таблица 4

Содержание тяжелых металлов в растениях агрофитоценозов, относящихся к различным семействам, мг/кг

В исследованиях впервые выявлены виды и семейства травянистых растений, накапливающие в повышенных и минимальных количествах тяжелые металлы, а также обладающие контрастной избирательной способностью к накоплению отдельных элементов и характеризующиеся широкой экологической амплитудой произрастания на территории Центральной зоны Республики Беларусь:

Растения, способные к повышенному накоплению ТМ:

– семейство Астровые (Asteraceae) - полынь обыкновенная, ромашка непахучая, 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 выявленная селективная способность растений к накоплению тяжелых металлов в растительности агрофитоценозов имеет практическую значимость, поскольку они позволяют спланировать оптимальное размещение сельскохозяйственных культур в севооборотах в зоне воздействия крупных промышленных центров, что позволит, с одной стороны, получить нормативно-чистую продукцию растениеводства и, с другой стороны, провести реабилитацию загрязненных тяжелыми металлами земель посредством выращивания растений - накопителей элементов с последующим отчуждением полученной биомассы. Для санации почв в зонах с наиболее сильным загрязнением предлагается использование следующих видов дикорастущих травянистых растений: полынь обыкновенная, полынь горькая, ромашка непахучая, одуванчик лекарственный, крапива двудомная, полевица гигантская, которые, наряду со значительным накоплением металлов, формируют большую фитомассу.

Выводы

1. Более высокое содержание тяжелых металлов в растениях агрофитоценозов отмечалось на гидроморфной торфяной почве низинного типа, что может быть связано с повышенным содержанием органического вещества в торфе по сравнению с дерново-подзолистой легкосуглинистой почвой, а также интенсивной сельскохозяйственной деятельностью на землях, расположенных вблизи птицефабрики «Октябрьская».

2. В условиях техногенного загрязнения тяжелыми металлами экологический фактор формирования элементного состава растений становится ведущим. В зонах выявленных геохимических аномалий подвижность ТМ в системе «почва - растение» значительно увеличивается, что приводит к их избыточному накоплению в растениях.

3. Выявлены закономерности распределения кобальта, олова, свинца, никеля, марганца, меди, цинка, циркония и хрома в растениях полевых и луговых агрофитоценозов и проведена группировка растений по их устойчивости к накоплению тяжелых металлов в зависимости от принадлежности к различным семействам.

4. Впервые выявлены виды и семейства травянистых растений, накапливающие в повышенных и минимальных количествах тяжелые металлы, а также обладающие контрастной избирательной способностью к накоплению отдельных элементов.

5. Экспериментально подтверждено предположение о том, что растения обладают селективной способностью к накоплению химических элементов. Установлено, что чем больше микроэлементов с широким интервалом концентраций сочетаются в одном растении, тем больше экологическая амплитуда произрастания данного растения и, как следствие, выше его адаптационные способности в условиях техногенного загрязнения.

Литература

1. 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.

2. Инструкция 2.1.7.11-12-5-2004. Гигиеническая оценка почвы населенных мест: утв. Министерством здравоохранения РБ. Минск, 2004. 39 с.

3. 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.

4. 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.

5. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва - растение. Новосибирск: Наука, 1991. 151 с.

6. Полевой В.В. Физиология растений. М.: Высшая школа, 1989. 464 с.

7. Минеев В.Г. Химизация земледелия и природная среда. М.: Агропромиздат, 1990. 287 с.

8. 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.

9. 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.

10. Тяжелые металлы в системе почва - растение - удобрение. М.: Пролетарский светоч, 1997. 290 с.

11. Бингам Ф.Т., Коста М., Эйхенбергер Э. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. М.: Мир, 1993. 368 c.

12. 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.

13. Гундарева А.Н. Биогенная миграция меди, цинка и марганца в наземных экосистемах Астраханской области: Автореф. дис. … канд. биол. наук. Астрахань: АГТУ, 2006. 24 с.