Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,686

СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТЕНИЯХ ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЫ ВОСТОЧНОГО ПРИИССЫККУЛЬЯ

Кенжебаева А.В. 1
1 Кыргызский национальный аграрный университет им. К.И. Скрябина
Атомно-эмиссионным спектральным методом исследовано содержание меди, свинца, марганца в органах растений, относящихся к семействам барбарисовые, лоховые, яснотоковые, сложноцветные и злаковые, из культурных растений – пшеница озимая (зерновые), эспарцет песчаный (многолетние). Озоление проб проведено автором в лаборатории биогеохимии и радиоэкологии Института биологии Национальной академии наук Кыргызстана в откалиброванной муфельной печи Naberthem. Содержание ТМ в пробах определяли в аккредитованной лаборатории Государственного комитета промышленности, энергетики и недропользования Кыргызской республики. Содержание элементов в растениях зависит от видовой принадлежности, а также существенно влияют почвенно-геохимические условия, что проявилось в отношении Hippophae rhamnoides L. Отмечается неодинаковое накопление элементов разными видами растений и их органами. Проведен расчет коэффициента биологического поглощения, характеризующего интенсивность биогенной миграции. Тяжелые металлы по среднему содержанию в золе растений располагаются в порядке убывания Mn > Cu > Pb. Максимальная концентрация меди и свинца в большинстве растений обнаружена в листьях. Марганец накапливается в основном корнями. Зерна пшеницы наиболее защищены от избытка металлов. В цветках содержание меньше, чем в листьях и корнях, но больше, чем в стеблях. Hippophae rhamnoides L. отнесена к индикаторам меди, свинец и марганец являются труднодоступными элементами для всех растений.
тяжелые металлы
растения
органы растений
коэффициент биологического поглощения
1. Ковалевский А.Л., Ковалевская О.М. Биогеохимия урановых месторождений и методические основы их поисков. Новосибирск: Академическое издательство «Гео», 2010. 356 с.
2. Сигбатуллина М.Ш. Металлы в дикорастущих растениях Татарстана и факторы, определяющие их содержание: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Казань, 2009. 23 с.
3. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Ефимов О.Е., Злобина М.В. Ландшафтоведение. М.: Изд-во РГАУ – МСХА, 2016. 130 с.
4. Попова Л.Ф., Неквасина Е.Н. Нормирование качества городских почв и организация почвенно-химического мониторинга. Архангельск, 2014. 108 с.
5. Алексеенко В.А. Панин М.С., Дженбаев Б.М. Геохимическая экология. Понятия и законы. Бишкек, 2013 310 с.
6. Baker A.J.M. Accumulators and excluders strategies in the response to plants of heavy metals. Journal of Plant Nutrition. 1981. Vol. 3. Р. 643–646.
7. Опекунова М.Г. Диагностика техногенной трансформации ландшафтов на основе биоиндикации: автореф. дис. ... докт. геогр. наук. Санкт-Петербург, 2013. 36 с.
8. Романькова А.А., Батлуцкая И.В. Содержание кадмия и свинца в высших растениях на территории Красненского района Белгородской области // Научные ведомости. Серия Естественные науки. 2011. № 3 (98). Вып. 14. С. 68–75.
9. Ткалич С.М. Фитогеохимический метод поисков месторождений полезных ископаемых. Л.: Недра, 1970. 176 с.

Прибрежные экосистемы, как наиболее уязвимые к антропогенному воздействию, являются неотъемлемой частью биосферной территории Иссык-Куль. Естественная растительность прибрежной зоны Восточного Прииссыккулья состоит в основном из видов растений сухих и влажных местообитаний. Здесь широко распространены злаковые и полынные формации, состоящие из злаково-полынных, злаково-разнотравных, полынно-разнотравных ассоциаций, облепиховые формации, состоящие из облепихово-полынных, облепихово-барбарисовых и облепихово-разнотравных ассоциаций. Заросли облепихи, которая является эдификатором, выполняют почвозащитную и водоохранную функции. Дикорастущие кустарниковые и травянистые растения, произрастающие в прибрежной зоне, имеют лекарственное, пищевое значение, являются ценными кормами для сельскохозяйственных животных. В связи с этим установление уровня содержания тяжелых металлов (ТМ) в растениях играет важную роль в оценке биогенной миграции и необходимо для проведения контроля в целях экологически безопасного их применения.

Известно, что поглощение и накопление химических элементов (ХЭ) по органам растений зависит от многих факторов: содержание в почве, формы подвижности, вида растений, органа и времени опробования, биохимических свойств самих поллютантов [1, 2]. Показателем степени избирательного поглощения элементов видами растений является коэффициент биологического накопления или поглощения (КБН, КБП), он характеризует потенциальную доступность ТМ растениям и интенсивность биогенной миграции в ландшафте [3–5]. При значениях коэффициента выше единицы растение относится к аккумуляторам, порядка 1 – классифицируется как индикатор, меньше 1 – исключатель [6].

Разными авторами отмечается неравномерность накопления ТМ разными органами. Чаще всего накопление убывает в следующем порядке: корень – стебель – листья – семена (клубни – корнеплоды) [7].

Цель исследования – изучение содержания ТМ в растениях. В задачи входило: 1) изучение содержания ТМ в разных видах растений и их органах; 2) определение КБП видов растений.

Материалы и методы исследования

Отбор растений проводили в летний период 2012–2014 гг. Для исследования были выбраны доминирующие виды растений, относящиеся к следующим семействам: барбарисовые (Berberidaceae); лоховые (Elaeagnaceae); яснотоковые (Lamiaceae); астровые или сложноцветные (Asteraceae); злаковые (Poaceae). Из культурных растений – пшеница озимая (зерновые), эспарцет песчаный (многолетние).

Растения отбирали согласно общепринятым методикам. Пробы на определение элементов в растительных органах подготавливали следующим образом: предварительно корни растений промывали проточной, затем дистиллированной водой. Растения высушивали до воздушно-сухого состояния, разделяли на органы, измельчали и упаковывали отдельно. Согласно методике озоления растительных и биогенных проб образцы органов растений озоляли в муфельной печи Naberthem в лаборатории биогеохимии и радиоэкологии Института биологии НАН КР. Содержание ТМ в пробах определяли атомно-эмиссионным спектральным методом в Центральной лаборатории Государственного комитета промышленности, энергетики и недропользования на дифракционном спектрографе ДФС-8. (Регистрационный номер аттестата аккредитации KG 417/КЦА.ИЛ.026).

Для выяснения вклада отдельного органа растения в накопление ТМ, нами рассчитывался коэффициент накопления (КН) элементов для корней, стеблей, листьев, при наличии, для плодов, цветков, зерна, соломы. Расчеты производились по формуле

КН = Сорг./ Собщ,

где КН – коэффициент накопления органа растения, Сорг – концентрация элемента в органе, Собщ. – общее количество элемента в растении [8].

Результаты исследования и их обсуждение

Тяжелые металлы (Cu, Pb, Mn) определяли в доминирующих видах растений, произрастающих на 10 участках: тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium Ledeb), шалфей пустынный (Salvia deserta Schang) – уч. 1; облепиха крушиновидная (Hippophae rhamnoides L.) – уч. 3 и 5; мятлик луговой (Poa pratensis L.) – уч. 4; полынь плотная (Artemisia compacta Fisch.eх.DS) – уч. 6; полынь поздняя (Artemisia serotina Bge) – уч. 7, полынь эстрагон (Artemisia dracunculus L.) – уч. 8, эспарцет песчаный (Onobrychis arenaria (Kit.eх Willd) – уч. 9, барбарис разножковый (Berberis heteropoda Schrenk) – уч.10.

Содержание ТМ в растениях (общее), отдельно по органам и коэффициенты биологического поглощения (КБП) представлены в таблице.

Содержание ТМ в органах растений (мг/кг золы) и коэффициенты биологического поглощения (КБП)

№ участка

Название растений, органы растений

Cu

Pb

Mn

1

Тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium Ledeb)

корни

2,49

0,42

36,75

стебли

0,85

0,125

14,6

листья

2,35

0,35

35,3

цветки

2,28

0,22

13,4

общее

7,977

1,115

100,05

КБП

0,398

0,028

0,200

Шалфей пустынный (Salvia deserta Schang)

корни

3,34

0,36

33,4

стебли

1,31

0,2

24,45

листья

6,83

0,975

37,4

цветки

2,57

0,25

38,75

общее

14,05

1,785

134

КБП

0,702

0,045

0,268

Окончание таблицы

№ участка

Название растений, органы растений

Cu

Pb

Mn

2

Пшеница озимая (Triticum aestivum L.)

корни

3,48

0,81

81,2

солома

2,2

0,17

27,5

зерно

1,17

0,15

29,1

общее

6,85

1,13

137,8

КБП

0,228

0,56

0,196

3

Облепиха крушиновидная (Hippophae rhamnoides L.)

корни

1,98

0,21

29,4

стебли

0,91

0,4

12,6

листья

10,825

1,39

38,5

плоды

1,945

0,3

11,55

общее

15,65

2,35

92,05

КБП

1,043

0,078

0,184

4

Мятлик луговой (Poa pratensis L.)

корни

3,53

0,47

82,6

листья

1,41

следы

1,9

общее

4,94

0,47

84,5

КБП

0,247

0,023

0,169

5

Облепиха крушиновидная (Hippophae rhamnoides L.)

корни

0,74

следы

14,8

стебли

1,77

0,245

23,85

листья

1,83

0,245

40,65

плоды

3,045

следы

6,2

общее

7,385

0,49

85,5

КБП

0,492

0,016

0,285

6

Полынь плотная (Artemisia compacta Fisch.eх.DS)

корни

1,6

1,025

39,2

стебли

3,65

0,11

29,2

листья

5,275

1,585

74,2

общее

10,525

2,72

142,6

КБП

0,263

0,068

0,285

7

Полынь поздняя (Artemisia serotina Bge)

корни

2,445

0,435

31,35

стебли

1,62

0,16

16,2

листья

4,59

1,23

60,45

общее

8,655

1,825

108

КБП

0,433

0,091

0,27

8

Полынь эстрагон (Artemisia dracunculus L.)

корни

1,97

0,21

25

стебли

0,9

0,09

9

листья

2,255

0,32

40,65

общее

5,125

0,62

74,65

КБП

0,427

0,041

0,248

9

Эспарцет песчаный (Onobrychis arenaria (Kit.eх Willd) DC)

корни

3,915

0,55

31,1

стебли

0,965

следы

39,8

листья

2,695

0,58

167,2

общее

7,575

1,13

238,1

КБП

0,631

0,075

0,595

10

Барбарис разноножковый (Berberis heteropoda Schrenk)

корни

2,43

0,15

22,5

стебли

1

0,15

16,5

листья

1,55

0,19

21,85

плоды

1,815

следы

13,05

общее

6,795

0,49

73,9

КБП

0,34

0,07

0,148

Среднее содержание по растениям

8,68

1,28

115,56

Среднее содержание в золе растений (по Ткаличу С.М.) в мг/кг

200

10

7500

Содержание меди колеблется в разных видах растений от 4,94 (мятлик луговой, уч. 4) до 15,65 мг/кг золы (облепиха крушиновидная, уч. 3) При этом в облепихе крушиновидной, произрастающей на горно-долинных светло-каштановых почвах, но отобранной на разных участках, концентрации различаются почти в 2 раза. Концентрация свинца варьирует от 2,72 мг/кг золы в полыни плотной (уч. 6) до 0,49 мг/кг золы в барбарисе разноножковом (уч. 10). Марганца содержится от 73,9 мг/кг олы в барбарисе разноножковом до 238, 1 мг/кг золы в эспарцете песчаном.

Среднее содержание ТМ в золе растений находится ниже данных С.М. Ткалича [9] с сохранением общей закономерности: Mn > Cu > Pb (таблица).

Распределение элементов в органах изученных растений в процентах представлено в диаграммах рис. 1–3.

keng1.wmf

Рис. 1. Содержание меди в различных органах растений ( %)

keng2.wmf

Рис. 2. Содержание свинца в различных органах растений ( %)

keng3.wmf

Рис. 3. Содержание марганца в различных органах растений ( %)

В 4 образцах (тысячелистник обыкновенный, мятлик луговой, эспарцет песчаный, барбарис разноножковый) содержание меди варьирует от 31,24 до 71,45 % в корнях, это выше, чем в листьях. В стеблях всех растений аккумуляция элемента меньше по сравнению с листьями. В цветках тысячелистника обыкновенного и шалфея пустынного накопление меди можно охарактеризовать следующим образом: листья, корни < цветки > стебель. В плодах облепихи, отобранных на разных участках, содержание металла колеблется от 69,16 до 12,42 %. Плоды барбариса содержат элемент на 4 % больше, чем листья. От избытка меди хорошо защищены зерна пшеницы (рис. 1).

Убывание в накоплении свинца от корней к стеблям, от стеблей к листьям, от листьев к цветкам не выявлено. Так, в шалфее пустынном, облепихе крушиновидной (уч. 3), в видах полыни, эспарцете песчаном, барбарисе разножковом содержание в листьях выше по сравнению с корнями, варьирует в пределах 38,77–67,39 %. У всех растений, кроме облепихи (уч. 5), концентрация ниже в стеблях, чем в листьях. У тысячелистника обыкновенного и шалфея пустынного в цветках прослеживается аналогия с медью (рис. 2).

В тысячелистнике обыкновенном, пшенице озимой и мятлике луговом в корнях сконцентрировано 36,75; 58,92 и 97,75 % марганца от общего содержания в растении. Листья облепихи крушиновидной, видов полыни, эспарцета песчаного отличаются повышенным накоплением элемента в листьях по сравнению со стеблями. Приблизительно одинаковое распределение в корнях и листьях у барбариса разноножкового, тысячелистника обыкновенного. На одном уровне отмечено содержание в генеративных органах и стеблях тысячелистника обыкновенного, а также стеблях и цветках шалфея пустынного. Органы запасания наиболее защищены от вредного воздействия элемента (рис. 3).

Коэффициент биологического поглощения растений. Выявлено, что облепиха крушиновидная (уч. 3) является индикатором меди. Свинец и марганец относятся к труднодоступным элементам (КБП меньше 1) для всех видов растений.

Заключение

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Содержание тяжелых металлов в растениях различается в зависимости от видов, от свойств самих элементов, а также условий местообитания, что ярко выражено у облепихи крушиновидной, отобранной на разных участках.

2. Превышения средних значений концентрации в золе растений относительно данных С.М. Ткалича (1970) не обнаружено.

3. Рассматривая накопление по органам растений, можно отметить, что базипетальными элементами для большинства растений являются медь, свинец. Пшеница озимая и мятлик луговой проявили в отношении всех элементов акропетальный характер распределения. Для марганца характерно акропетальное накопление, за исключением эспарцета песчаного (отмечается высокое накопление в листьях).

4. Расчеты коэффициентов биологического поглощения показали, что индикатором меди является облепиха крушиновидная (уч. 3). Свинец и марганец являются труднодоступными элементами для всех видов растений.


Библиографическая ссылка

Кенжебаева А.В. СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТЕНИЯХ ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЫ ВОСТОЧНОГО ПРИИССЫККУЛЬЯ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2019. – № 1. – С. 115-119;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=12651 (дата обращения: 21.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252