Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ МЕРЗЛОТНЫХ ПОЧВ НА ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПРОДУКЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА ЯКУТИИ

Скрыбыкина М.И. 1
1 ФГАОУ ВПО «Научно-исследовательский институт прикладной экологии Севера Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова»
Излагается влияние высокого содержания тяжелых металлов впочве на химический состав сельскохозяйственной продукции (травы сенокосов, клубни картофеля), выращенной на землях косвенного влияния золотодобывающей промышленности (Алданский район РС(Я).Приводятся сведения онакоплении впродуктивной части культурных растений фитотоксикантов (Ni, Cu, Zn). Также осодержании тяжелых металлов, способных накапливаться впищевой цепи (Pb, Cu, Cr, Co) ииндуцентов генных мутаций вживых организмах (Al, Fe, Ba, Ti).
техногенное загрязнение
травы
клубни картофеля
фитотоксиканты
генные мутациии
1.Алекперов А.Д. Антимутагены– М.: 1996.– 47 с.
2.Виноградов А.П. Микроэлементы вжизни растений иживотных.– М.; Изд- во АН СССР, 1952.– 7 с.
3.Дубинин Н.П. Новое всовременной генетике– М.: Наука, 1986.– 215 с.
4.Егоров А.Д., Григорьева Д.В., Курилюк Т.Т., СазоновН.Н. Микроэлементы впочвах илугопастбищных растениях мерзлотных ландшафтов вЯкутии.– Якутск, 1970.– 288 с.
5.Ильин В.Б. Тяжелые металлы всистеме почва –растения.– Новосибирск: Наука, 1991.– 151 с.
6.Ковальский В.В. Микроэлементы врастениях икормах.– М.: Колос, 1971.– 235 с.
7.Ковальский В.В., Андрианова Г.А. Микроэлементы (Сu, Co, Mo, Mn, B, J, Sr) впочвах СССР.– Улан –Удэ: Бурятск. Книжное изд –во, 1968.– 58.
8.Остроумов С.С. Почва как актуальная система самоочищения от токсического воздействия тяжелых металлов// Химия всельском хозяйстве.– 1982.– № 3– С. 3–5.
9.Хрусталева, Л.И. Фитогормоны иих влияние на геном растения// Сб. науч. тр.: Сельскохозяйственная биотехнология.– М.: Евразия, 2000.– С. 158-169.

В связи синтенсивным развитием горнодобывающей промышленности вреспублике подвергаются техногенному загрязнению иземли сельскохозяйственных угодий. Не избежали этой ситуации иземли золотоносного Алданского района. Кним, впервую очередь, следует отнести владения Коллективного предприятия (КП) «Алданский», втом числе территорию его Центрального участка– п. Хатыстыр. Этот поселок является местом компактного проживания малочисленных народов Севера (эвенков). Хлеб, картофель, овощи ипродукция животноводства прочно вошли врацион их питания.

Добыча рудного золота вАлдане реализуется карьерным способом. Карьеры– потенциальные источники загрязнения трещинно– карстовых вод, вданном случае, активно дренируемых долинами рек Селигдар иАлдан, где расположены основные сельскохозяйственные угодья КП «Алданский» ип. Хатыстыр. Концентрация нитратов здесь превышает фоновые показатели (ФП) в12 раз, фосфора минерального в10.Техногенное воздействие заметно изменило содержание вводной среде загрязняющих веществ (ЗВ). Так впробе воды устья р. Селигдар: Ba– в1,7 раза, Fe– в2 раза выше ФП ив 3,3 раза выше ПДК, Al– выше ФП в3,5 раза ив 14 раз– ПДК, Zn– выше ПДК в2 раза, вводе фоновой станции элемент не обнаружен, на р. Алдан (в 500 мвыше п. Хатыстыр): Fe– 4 ФП, 7 ПДК, Al– 4 ФП, 14 ПДК, Zn– 3 ПДК, Pb– 2 ФП, Cu– 2 ФП, 2 ПДК. Фон водной среды– р. Учур– правый приток р. Алдан. Станция находится в500 м. выше устья.

Ранее (1994-1995 г.г.) проведенные нами исследования позволили разделить земли Алданского района, подверженные техногенному воздействию на 3 группы. Критерием отнесения участка вту или иную группу служил уровень содержания впочве ЗВ.

I группа (сильное загрязнение)– участки подверженные прямому воздействию техногенеза;

II группа (среднее загрязнение)– участки косвенного влияния техногенеза;

III группа (участки сравнительного экологического благополучия)– не подверженные техногенезу. Их расположение– верховье реки Селигдар.

В связи сэтим целью наших исследований является определение химического состава сельскохозяйственной продукции (травы сенокосов, клубни картофеля) на техногенно– нарушенных землях. Участки вдолине р. Алдан, заливные луга (выше поселка Хатыстыр на 500 м.) ипоселок Хатыстыр ( на правом берегу реки Алдан)– картофельное поле находятся на территории косвенного влияния техногенеза. Обеспеченность почв модельных участков формами фосфора икалием– высокая; азотом, гумусом– средняя. Реакция почвенной среды колеблется от слабокислой до щелочной.

С целью выяснения степени генетической безопасности природной среды нами был определен суммарный мутагенный фон (СМФ) экспериментальных участков, т.к. установлено [1, 2, 3], что наибольшую опасность при загрязнении природной среды (особенно при техногенном) представляют соединения, обладающие мутагенным действием.

На фоне почв участка устье Селигдар, картофельное поле обнаружен утест– объекта (лук– батун– Allium fistulosium L.) К– митоз– редкий тип деления клеток, заторможенный веществом цитостатиком, подобным колхицину. Колхицин же, как сильный яд– алкалоид, разрушая веретено деления клетки, способствует появлению полиплоидии урастений. [1, 9]. Следует отметить, что полиплоидия укультурных растений не менее губительна, чем удикорастущих трав, т.к. создает угрозу на ценнейшие составляющие их генофонда ина снижение качества иколичества урожая.

В целом, экологическое состояние почв участков эксперимента по мутагенной активности имеют ряд общих признаков: достаточно

–высокая фитотоксичность;

–по уровню необратимых нарушений хромосом утест –объекта участки занимают одно из первых мест висследованной территории;

–нарушения структуры хромосом зафиксированы вG2 фазе митоза вмомент минимальной вероятности ломки генетического материала от ошибок иповреждений. Это можно рассматривать как региональную особенность мерзлотных почв, которая проявляется вответ на воздействие на техногенное загрязнение. Также, своеобразной формой защиты генома культурного растения на Севере от жесткого давления техногенеза.

Материалы иметоды исследования

Объекты исследований:

–травы сенокосов, заливаемых паводковыми водами р. Алдан (пойма) ир. Селигдар (пойма, устье реки);

–урожай картофеля п. Хатыстыр, расположенного на правом берегу реки Алдан, также споля посадок картофеля на устье реки Селигдар.

Лабораторные исследования иполевые работы выполнены на основании ГОСТов 28168– 89, 27262– 87, 13586– 83, выращивание картофеля– по общепринятой вРеспублике технологии. Варианты опыта.

Вариант 1.– Контроль. Участок, принятый как фон территории исследований. Долина реки Селигили, правый приток реки Алдан, расположенная в100км от модельных участков.

Вариант 2.– Устье руки Селигдар в300 м. ниже устья реки; пойма, заливные луга.

Вариант 3.– Устье реки Селигдар, пойма, картофельное поле.

Вариант 4.– Поселок Хатыстыр правом берегу реки Алдан, картофельное поле.

Вариант 5.– Долина реки Алдан, пойма, заливные луга; сенокосы, расположенные в500 м. выше реки Хатыстыр.

Результаты исследования иих обсуждение

Наряду сфизиологическими системами, ограничивающими поступление ТМ, растения располагают мощным аппаратом, отторгающим их при выведении метаболитов. От избыточного количества ТМ растения могут, например, освободиться скорневыми выделениями впроцессе транспирации идыхания [5]. Однако, функциональные возможности корней, вэтом отношении, не беспредельны. Вопределенный момент, при повышении содержания ионов какого– либо химического элемента, всреде, их излишнее поступление вплазмолемму становится более вероятным. Тогда выступает оригинальная закономерность впоглощении химических элементов растением из среды избыточных концентраций. Это положение впервые высказано А.Л. Ковальским [6]. Оно заключается втом, что вобласти низких концентраций элементов впочве наблюдается прямая пропорциональность их содержания впочве ирастении.

С повышением их содержания впочве, поступление элементов врастение замедляется или даже прекращается, так как убольшинства видов существует « физиологический порог поглощения». Подобная ситуация сложилась на участках, расположенных на устье реки Селигдар (варианты 2 и3). Впочвенной среде участка (вариант 2) зафиксировано: содержание выше ПДК– Fe иPb в3 и2,5 раза соответственно, Al– выше нормального содержания– в4 раза. Концентрация ТМ впочвенном образце картофельного участка (вариант 3) оказалась выше ПДК– Ba, Fe, Pb, Zn в1.4, 2, 2.5 и4.5 раза соответственно; Al– в2,7 раза выше нормального содержания. Впочвах этих двух участков на устье реки Селигдар содержание Ti, Cu, Co, Ni, Cr впределах ПДК.

На первый взгляд, кажется, что показатели качества почв идентичны. Однако, химический анализ продукции не подтвердил это предположение. Так, вклубнях картофеля содержание ТМ зафиксировано– выше нормального содержания Al– в3.6, Pb– в2 раза иТi– в6 раз, Co иCr не обнаружены. Концентрация всех МЭ втраве лугов оказалась выше ФП в1,2– 2,2 раза. Выше нормального уровня: Al в1,5 раза; Fe, Cr– в3, Ti– в28 раз. По-видимому, Al иFe играют здесь решающую роль вразрушении физиологической защиты растительного организма, чем другие ТМ. Поэтому они первыми «перескочили» через «физиологический порог поглощения». За ними, возможно, «устремились» врастение другие элементы. Далее, следует обратить внимание на частое затопление лугов на устье реки Селигдар, водами, насыщенными ЗВ. Огубительном влиянии на растения постоянно действующих токсикантов, даже их малых доз, отметил С. С. Остроумов [8]. Возможно, вэтом заключается одна из причин столь резкого повышения содержания ТМ втравах лугов устья данной реки.

При еще большем возрастании концентрации элементов впочве до известного предела поддерживает свой солевой режим на постоянном уровне, затем вних происходит резкое увеличение количества избыточных элементов [2,5,7]. Эта закономерность вминеральном питании растений подтверждается нашими исследованиями (вариант 4). Так, впочвах сенокосов участка долины р. Алдан загрязнение выше ПДК составило Ti– в2, Ba– в1,4, Pb– в2,5, Fe– в3 раза, Al– в3 раза выше нормального его содержания. Врезультате зафиксировано накопление втраве сенокосов: Cr– в5, Fe– в13, Al– в17 раз выше нормального содержания ; Co– в4, Cu– в3, Zn иPb– в4,5, Ba– в6,4 раза выше ФП.

По уровню содержания ТМ почв уч. Хатыстыр, картофельное поле идентично спочвенной средой долины р. Алдан (заливные луга). Разница лишь втом, что впочвах первого участка обнаружено содержание бария– в2, второго– в1,4 раза выше ПДК.

Идентичность показателей содержания ЗВ впочвах обоих участков, возможно, объясняется обильным поливом картофельного поля водой р. Алдан ичастым затоплением сенокосов. Тем не менее, здесь содержание ТМ вклубнях картофеля значительно ниже, чем втравах сенокосов. Так, содержание ТМ вклубнях картофеля на участке п. Хатыстыр выше ПДК: Cu– в2.4, Al– в4, Ni иPb– в10 раз, Ba– в20, Cr– в50 раз. Вполне логично, что травы сенокосов, восновном многолетние, больше накапливают ТМ, чем картофель. Следует отметить, что данные показатели в4 -20 раз выше, чем вклубнях картофеля, выращенного на устье р. Селигдар. Здесь проявляется еще один фактор, влияющий на общий объем накопления ТМ врастениях– длительность времени поглощения элементов.

Таким образом, характерные признаки ломки «физиологического порога поглощения» ярче проявились впочвенных условиях п. Хатыстыр (картофельное поле), где Pb , Al , Ni , Fe, Cu, пробивая физиологический барьер проникли вклубни картофеля. Эта закономерность подтверждается выше приведенными данными осодержании ТМ втраве сенокосов долины р. Алдан. Помимо изложенного, при изменении химического состава растений, наблюдается дисбаланс элементов инарушение гармонии их соотношения врастительном организме. МЭ по величине абсолютного содержания врастениях Якутии располагаются вследующем порядке: Fe > Mn > Zn > Cu > Mo> > F> J> Co [4]. Врастениях Центральной России– по А. Виноградову [2]: Fe > Mn >> Zn > Cu > B> Co > Mo > Fe > J. По В. Ильину [5] при нормальном содержании МЭ вклубнях картофеля илуговых травах их соотношения идентичны: вкартофеле (клубни): Fe– Mn– Ba– Zn– Cu– Al– Ti– Ni– Cr– Pb– Co, втраве: Fe– Mn– Al– Zn– Ba– Cu– Ti– Ni– Pb– Co– Cr. Отсюда видно, что порядок распределения микроэлементов врастительности носит довольно однотипный характер, отличаясь, лишь по положению отдельных элементов.

По данным наших исследований, врезультате загрязнения почвенной среды формировались следующие соотношения микроэлементов врастении– вклубнях картофеля:

–на устье р. Селигдар, картофельное поле (степень загрязнения– средняя);

skryb1.wmf

– участок п. Хатыстыр, картофельное поле (степень загрязнения почвы –сильная):

skryb2.wmf

Примечание. *– содержание элементов вданном объекте на одном уровне.

в траве:

–на участке устья р. Селигдар, заливные луга (степень загрязнения почвы– средняя).

–на участке долины р. Алдан, заливные луга– вариант 4 (степень загрязнения почвы –сильная)– вариант Fe– Fl– Ti– Ba– Mn– Zn– Cu– Ni– Pb– Co– Cr.

Техногенное загрязнение почвенной среды нарушает веками, эволюционно слаженное соотношение элементов врастительном организме. При этом, более «агрессивными» оказались Al, Ba, Ti, Cr, Zn, Pb, которые, разрывая на своем пути физиологические барьеры растений, устремились впервые ряды расположения элементов вцепочке их соотношений. Как изложено выше, Ba, Cr, Al– опасны как индуценты генных мутаций уживых организмов, Ni, Cu, Zn– фитотоксичны, Pb, Ni, Cu, Cr, Co иZn способны накапливаться впищевой цепи до опасных для потребителя концентраций.

Выводы

По результатам наших исследований, техногенное загрязнение почвенной среды иводы рек Алдана иСелигдара, сыграло существенную роль вформировании качества продукции растениеводства идикорастущих трав:

–накопление вклубнях картофеля вп. Хатыстыр (степень загрязнения почвы– сильная) фитотоксикантов– Ni, Cu, индуцентов генных мутаций– Fe, Al, Ba, Ti ивредных ТМ, способных накапливаться впищевой цепи– Pb, Ni, Cu, Cr иCo;

–содержание Al, Тi вклубнях картофеля на устье р. Селигдар (степень загрязнения почвы– средняя) оказалось выше нормального содержания в2-6 раз. Втравах лугов Fe, Al– в2-3, Ti– в28 раз выше нормального их содержания;

–накопление втравах ТМ на долине р. Алдан (заливные луга,степень загрязнения– сильная) выше ФП в2-5.5 раз;

–втравах на участке устья р. Селигдар, заливные луга (степень загрязнения почв– средняя) концентрация ТМ выше ФП в2–2.2 раза.

В целом, кразрушающему действию ТМ более уязвимым оказался картофель, чем дикорастущие травы. Техногенное загрязнение почв привело кнарушению гармонии соотношений МЭ врастительном организме.


Библиографическая ссылка

Скрыбыкина М.И. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ МЕРЗЛОТНЫХ ПОЧВ НА ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПРОДУКЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА ЯКУТИИ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2013. – № 8-2. – С. 176-179;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=3804 (дата обращения: 10.05.2021).

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 = 1.074