CC BY
56
Раздел 4 ЭКОЛОГИЯ
Ведущие эксперты раздела:
ДМИТРИИ МИХАИЛОВИЧ БЕЗМАТЕРНЫХ - кандидат биологических наук, доцент, ученый секретарь Учреждения Российской академии наук Института водных и экологических проблем Сибирского отделения РАН, ответственный за электронную версию журнала и работу с Российским индексом научного цитирования - http:// elibrary.ru/ (г. Барнаул)
МАРИЯ ГЕННАДЬЕВНА СУХОВА - доктор географических наук, доцент Горно-Алтайского государственного университета (г. Горно-Алтайск)
УДК 631.4
И.А. Егорова, м.н.с. ИВЭП СО РАН, г. Барнаул, E-mail: egorka_iren@mail.ru; Ю.В. Кислицина, асп. ИВЭП СО РАН г. Барнаул, E-mail: jylia2@mail.ru
МИКРОЭЛЕМЕНТЫ (YB, Y, V TI, ZR, NB) В РАСТЕНИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО АЛТАЯ
Содержание микроэлементов (Yb, Y, V Ti, Zr, Nb) в растениях Северо-Западного Алтая характеризуется широким диапазоном колебаний. Их распределение в растениях разных жизненных форм имеют свою специфику: концентрация микроэлементов в травах больше чем в кустарниках и кустарничках.
Ключевые слова: Северо-Западный Алтай, растения, микроэлементы, миграция, аккумуляция.
В условиях неблагоприятной экологической обстановки, сложившейся во многих регионах России, одним из наиболее актуальных вопросов является установление фоновых концентраций химических элементов и их соединений в объектах окружающей среды. Биогеохимические исследования необходимы по нескольким причинам: для проведения фонового мониторинга с целью выявления содержания микроэлементов в растениях природных экосистем и эколого-биогеохимической оценки территории в целом.
Известно, что микроэлементы могут быть активаторами или ингибиторами процессов роста, развития растений и регуляции их продуктивности. Они выступают как компоненты ферментативных систем или их коферментов. Биологическая избиратель-
ность позволяет растениям контролировать химический состав в определенных условиях [1; 2]. Биохимическое значение редких для жизни растений элементов мало изучено. В связи с этим целью исследования было выявление уровня содержания микроэлементов (УЪ, Y, V Т^ Zr, №,) и факторов его определяющих в дикорастущих растений Северо-Западного Алтая.
Были исследованы доминантные дикорастущие растения высокогорных фитоценозов Северо-Западного Алтая. Определено содержание микроэлементов в надземной массе растений. Образцы растений отбирали в период массовой вегетации, когда растения образуют максимальную биомассу, в которой сосредоточены различные химические вещества, поглощенные и накопленные в процессе жизнедеятельности. Образцы надземной мас-
Содержание микроэлементов в общей совокупности дикорастущих растений Северо-Западного Алтая, мг/кг воздушно-сухого вещества
Таблица 1
Y Yb V Ti Zr Nb
Количество проб 54 54 54 54 54 54
Минимальная концентрация 0,02 0,01 0,29 1,80 0,32 0,28
Максимальная концентрация 1,00 0,92 8,50 85,8 9,30 1,94
Средняя арифметическая 0,25 0,06 1,12 25,40 1,84 0,95
Ошибка средней ариф метич е ск ой 0,03 0,02 0,17 3,10 0,21 0,09
Коэффициент вариации, % 104,00 200,00 113,39 86,34 83,15 53,68
По литературным данным
А. Кабата-Пендиас, 1989 0,01-3,5 0,06 1,0 0,15-80 0,005-2,6 1
В.В. Добровольский, 2003 0,8 - 1,5 32,5 7,5 -
сы высушивали в тени до воздушно-сухого состояния, измельчали и озоляли в муфельной печи при температуре 450°С. Микроэлементы определяли колличественным плазменно-спектральным методом в Институте почвоведения и агрохимии СО РАН.
Содержание химических элементов в дикорастущих растениях исследуемого региона по результатам наших исследований колеблется в широких пределах (табл. 1).
Иттрий и иттербий являются редкоземельными элементами. Они относятся к группе слабого и очень слабого биологического захвата. Несмотря на успехи аналитической химии имеются единичные данные о природных особенностях распространения в наземных экосистемах редкоземельных элементов [2; 3]. Среднее содержание иттрия и иттербия в растениях региона исследования составляет 0,25±0,03, 0,06±0,02 мг/кг сухого вещества, соответственно.
Ванадий и титан относят к группе главных d-элементов. Биологическое значение ванадия изучено слабо, но известна его высокая биохимическая активность. Многими исследователями он относится к жизненно необходимым элементам. Элемент участвует в процессе обмена веществ высших растений и животных, в фиксации азота, окислительно-восстановительном катализе, метаболизме железа. Основным его поглотителем считают листья, в меньшей мере - корни растений. Интересно, что титан накапливается в растениях, произрастающих на обедненных этим металлом почвах [2; 4]. Среднее содержание ванадия и титана в растениях Северо-Западного Алтая составляет соответственно 1,12±0,17 и 25,40±3,10, мг/кг воздушно-сухого вещества.
Цирконий и ниобий относятся к группе редких d-элементов. Главным отличительным свойством рассматриваемой группы элементов наряду с их новизной в промышленном использовании является их малая распространенность в природе. Доступность циркония для растений считается весьма ограниченной. Он имеет один из самых низких коэффициентов биологического поглощения. Характерна малая его подвижность и в самих растениях. Только водные растения поглощают растворимые формы циркония. Ниобий биологически мало изучен [2; 5]. В растениях Северо-Западного Алтая среднее содержание циркония и ниобия 1,84±0,21, 0,95±0,09, соответственно.
Среднее содержание микроэлементов в растениях СевероЗападного Алтая по сравнению с средними концентрациями в высших растениях мира [2] и кларками растительности континентов по В.В. Добровольскому [6] находятся в пределах фона.
Распределение микроэлементов в растениях разных жизненных форм имеет свою специфику (табл. 2.). Травы накапливают
0,25
Y Yb
___________^_______________________________
Рис. Содержание иттрия и иттербия в растениях Северо-Западного Алтая
больше элементов, чем кустарники и кустарнички. Из выше перечисленных микроэлементов растения содержат больше титана и циркония. Наибольшие концентрации титана обнаружены у Empetrum nigrum, Salix arctica, среди трав - Elytrigia repens, а наименьшее содержание отмечено у Dactylis glomerata, Bromopsis inermis. Среди кустарников и кустарничков максимальные значения циркония характерны для Empetrum nigrum, из трав можно выделить Trollius asiaticus, Aconitum septentrionale, Hedysarum sp. Среди трав наибольшие концентрации ниобия и циркония установлены у Trollius asiaticus. В меньшей степени растения накапливают иттербий и иттрий.
Выявлено, что растения обладают определенной емкостью для аккумуляции редкоземельных элементов (иттербий и иттрий). Она зависит от жизненной формы растений и изменяется в соответствии с содержанием элементов в почвах. Травянистые растения аккумулируют редкоземельные элементы больше, чем кустарники [7]. В растениях Северо-Западного Алтая также отмечено наибольшее количество иттрия и иттербия в травах, чем в кустарниках и кустарничках (рис.).
Мхи Северо-Западного Алтая отличаются высоким содержанием всех исследованных элементов. В настоящее время они широко используются для мониторинга атмосферного загрязнения. Мхи применяют для оценки региональных нагрузок и миграции поллютантов. Минимальная концентрация элементов в них может довольно точно отражать геохимические особенности ареала этих растений [7].
Таблица 2
Содержание микроэлементов в доминантных растениях, мг/кг воздушно-сухого вещества
Вид растения Y Yb V Ti Zr Nb
Betul a ratun difolia 0,10 0,03 0,58 20,38 1,14 0,65
Salix arctica 0,04 0,04 0,87 40,00 1,57 0,63
Empetrum nigrum 0,06 0,06 1,31 50,00 1,89 0,51
Dactylis glomerata 0,06 0,02 0,35 3,77 0,80 2,51
Bromopsis inermis 0,12 0,02 0,41 6,40 0,78 2,56
Elytrigia repens 0,63 0,07 1,85 76,40 1,85 0,55
Stipa pennata 0,26 0,025 0,83 32,5 0,76 0,29
Trollius asiaticus 0,31 0,07 1,10 23,50 3,19 3,60
Aegopodium podagrariа 0,06 0,06 0,88 14,80 1,90 1,50
Hedysarum sp. 0,19 0,07 0,99 19,15 2,55 2,55
Acontum septentrionale 0,08 0,08 0,93 14,85 2,57 2,13
Galium boreale 0,05 0,05 0,68 13,80 1,75 1,25
Мох 0,50 0,50 5,53 210,50 5,91 1,64
Таким образом, уникальные высокогорные фитоценозы Северо-Западного Алтая не подвержены интенсивному техногенному воздействию, способному влиять на уровень содержания элементов в растениях и вызывать как внешние признаки их угнетения, так и дисбаланс элементов в них. Содержание микроэлементов в растениях данной территории характеризуется широким диапазоном колебаний, который определяется их особенностями и условиями окружающей среды.
Библиографический список
Распределение микроэлементов в разных жизненных форм имеют свою специфику: травы накапливают больше микроэлементов, чем кустарники и кустарнички что, по-видимому, обусловлено различиями в их систематической принадлежности и физиологических потребностях. Полученные данные об аккумуляции химических элементов дикорастущими растениями представляют теоретический и прикладной интерес для решения целого комплекса задач.
1. Перельман, А.И. Геохимия ландшафта / А.И. Перельман, Н.С. Касимов. - М.: Астрея, 2000, 1999.
2. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях: пер. с англ. / А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас. - М.: Мир, 1989.
3. Иванов, В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: Редкие ^элементы. - М.: Экология, 1997. - Кн. 6.
4. Иванов, В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: Главные d-элементы. - М.: Недра, 1996. - Кн. 4.
5. Иванов, В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: Редкие d-элементы / В.В. Иванов. - М.: Экология, 1997. - Кн. 5.
6. Добровольский, В.В. Основы биогеохимии. - М.: Академия, 2003.
7. Рассеянные элементы в бореальных лесах / В.В. Никонов, Н.В. Лукина, В.С. Безель и др. - М.: Наука, 2004.
Статья поступила в редакцию 14.07.10
УДК 550.4, 57.044
М.А. Липчанская, н.с. СКГУ, г. Петропавловск, Казахстан, E-mail: m.lipchanskaya@gmail.com
ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА КАК ФАКТОР РИСКА ОНКОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАБОЛЕВАЕМОСТИ НАСЕЛЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ СЕВЕРО-КАЗАХСТАНСКОЙ ОБЛАСТИ)
В статье рассмотрены некоторые геохимические особенности Северного Казахстана и их связь с онкологической заболеваемостью населения. Установлено наличие достоверной связи между заболеваемостью и распространением на территории области геохимических аномалий следующих веществ в поверхностных водах и донных отложениях: натрий, аммиак, хлориды, общая минерализация, pH, органическое вещество, сумма изомеров ДДТ и ГХЦГ, радий, уран.
Ключевые слова: экология, геохимическая аномалия, онкологическая заболеваемость, факторы риска.
В последние десятилетия предметом научного интереса многих исследователей является изучение факторов экологического риска, провоцирующих развитие микроэлементозов - состояний, связанных с избытком, недостатком или дисбалансом в организме некоторых макро- и микроэлементов [1]. Почвы и водоемы многих территорий, в число которых входит и Казахстан, не обеспечивают сбалансированного поступления в организм человека всего спектра жизненно необходимых элементов, пороговое содержание которых может стать пусковым механизмом развития различных патологий. Воздействие человека на биосферу, обусловленное интенсивной хозяйственной деятельностью, приводит к возникновению геохимических аномалий, характеризующихся особо интенсивным воздействием на организм.
Цель исследования заключалась в оценке взаимосвязи распространенности геохимических аномалий с онкологической заболеваемостью населения Северо-Казахстанской области (СКО). В ходе работы использовали фондовые и опубликованные мате-
Аномалии поверхностных вод
риалы, среди которых особенно большой информативностью обладают картографические, полученные в ходе специализированных радиогидролитохимических исследований Казахстанского производственного предприятия "Степгеология" (масштаб 1 : 1 000 000).
Проанализировано 19 карт, отражающих распределение радиоактивных моноэлементов, металлов, пестицидов и других вредных веществ, содержащихся в поверхностных водах и донных осадках стоков малых рек области. Показатели распространенности аномалий на территории административных районов СКО были сопоставлены с данными об онкологической заболеваемости населения. О наличии достоверной связи судили по коэффициентам корреляции Р. Пирсона. Корреляционный анализ был выполнен в пакете STATISTICA 6.0. В процессе работы провели оцифровку карт имеющихся в СКО геохимических аномалий, что позволило установить их площади и долю для каждого административного района (рис. 1а-б, 2а-б; табл. 1-2).
Таблица 1
в Северо-Казахстанской области
Вид аномалии Доля площади аномалии от площади административного района, % Кратность превышения ПДК
минимальная максимальная средняя
Железо 0 83,8 53,6 1-5
Сульфаты 0 46,9 19,4 4,3-49
Хлориды 3,7 89,3 44 14-117
Аммиак 0 67,7 32 2-6
Натрий 17,4 99,5 58,9 13-420
Нитраты 0 62,8 13,6 5,3-10
Общая минерализация 34,3 92,6 63,6 29-376
pH 0 71,4 31,1 -
Фтор 49,9 99,8 89,4 14-86 %
