CC BY
52
Естественные и точные науки •
Natural and Exact Sciences •••
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
Биологические науки / Biological Science
Оригинальная статья / Original Article
УДК 577.118:574.4 (470.67) / UDC 577.118:574.4 (470.67)
Биологическая продуктивность и динамический баланс йода в экосистеме Присулакской низменности
© 2016 Гаджимусиева Н. Т.
Прикаспийский институт биологических ресурсов, Дагестанский научный центр Российской академии наук, Махачкала, Россия; e-mail: musina.07@mail.ru
Резюме. Исследованы биологическая продуктивность и динамический баланс йода в естественной экосистеме западного участка Присулакской низменности. Получены количественные характеристики биологического круговорота йода в системе «почва - растение» методом А. А. Титляновой. Выявленные запасы валовых форм йода свидетельствуют о потенциальных возможностях обогащения подвижными формами и устранения йодной недостаточности в почвах Присулакской низменности.
Ключевые слова: йод, естественный ценоз, почва луговая, фитомасса.
Формат цитирования: Гаджимусиева Н. Т. Биологическая продуктивность и динамический баланс йода в экосистеме Присулакской низменности // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. Т. 10. № 2. 2016. С. 17-21.
Biological Productivity and Dynamic Balance of Iodine in Prisulakskaya Lowland Ecosystem
© 2016 Naida T. Gadzhimusieva
The Caspian Institute of Biological Resources, Dagestan Scientific Centre, Russian Academy of Sciences, Makhachkala, Russia; e-mail: musina.07@mail.ru
Abstract. The author of the article researches the biological productivity and the dynamic balance of iodine in the natural ecosystem of the western section of Prisulakskaya lowland. She obtained the quantitative characteristics of the biological cycle of iodine in the "soil - plant" system with A. A. Titlyanova's method. Identified reserves of the gross iodine forms indicate the potential of the enrichment with the mobile forms and the elimination of the iodine deficiency in Prisulakskaya lowland soils.
Keywords: iodine, natural cenosis, meadow soil, phytomass.
For citation: Khadzhimusieva N. T. Biological Productivity and Dynamic Balance of Iodine in Prisulakskaya Lowland Ecosystem. Dagestan State Pedagogical University. Journal. Natural and Exact Sciences. Vol. 10. No. 2. 2016. pp. 17-21. (In Russian)
Процессы обмена веществ между расте- ния биологической продуктивностью при-ниями и почвой служат основой управле- родных и агрокультурных биогеоценозов,
••• Известия ДГПУ. Т. 10. № 2. 2016
••• DSPU JOURNAL. Vol. 10. No. 2. 2016
сохранения здоровья населения, повышения плодородия почв и продуктивности животных, контроля качества окружающей среды. Йод активно участвует в биогеохимическом кругообороте веществ в природе. В круговороте йода в ландшафте большую роль играет растительность. От нее зависит направленность почвообразования, передвижение йода в почвенной толще. Сами растения в зависимости от их систематической принадлежности и условий произрастания в неодинаковой мере поглощают и накапливают в своих тканях йод, тем самым принимают разное участие в круговороте элемента в ландшафте [2].
Растения обладают способностью абсорбировать йод непосредственно из атмосферы как через кутикулы, так и путем адгезии частиц на ворсистой поверхности листьев. При повышенной влажности почвы подвижность соединений йода увеличивает интенсивность поступления микроэлемента в растения. Накопление йода, как правило, отмечается в надземной части растения, а не в корневой. Этот факт можно объяснить тем, что ворсистая поверхность листьев растения как бы собирает на себе йод. Причем именно атмосферный йод можно рассматривать как один из важнейших источников поступления йода в растение.
Чем грубее материал почвообразующей породы, тем лучше через него фильтруется влага, а вместе с нею выносится за пределы почвенного профиля и ландшафта йод. Почва в основном наследует уровень содержания йода в почвообразующей породе. Вместе с тем этот уровень во многом зависит от свойств самой почвы: ее гумусиро-ванности, карбонатности, гранулометрического состава, реакции среды и т. д.
Исследованию биогеохимических циклов микроэлементов-биофилов, играющих важную физиологическую роль в жизни растений, животных и человека все еще уделяется недостаточное внимание. В данном случае, помимо характерного для нашего региона недостатка влаги, подключается еще и недостаток основных микроэлементов, что приводит к исчезновению не только жизненно важных для растений химических элементов, но и гибели ряда полезных микроорганизмов, а в конечном итоге и к истощению почв.
Материалы и методы исследования
Объектом исследований послужил естественный ценоз: участок Присулакской низменности в окрестностях г. Махачкалы (район пос. Шамхал). Характер растительности - разнотравно-злаковая ассоциация, тип почвы - луговая (табл. 1).
Таблица 1
Смена растительного сообщества в естественном степном ценозе, почва - луговая
Время отбора проб Май Июнь Июль
Растительные сообщества пупавка русская (апЫтЫ гиЫп'юа ЫвЬ), кресс крупковый (сагбапа бгаЬа), ястребинка волосистая (Ыегасит рИоэеНа), чертополох колючий (сагбииэ асапНыоШев эгилопс цилиндрический (аедИорэ суШпса) пырей ползучий (elytrigia repens), клевер ползучий (trifolium repens), лапчатка ползучая (potentilla), молочай селье (euphorbiaceae), девясил британский (inula britannica), лядвинец рогатый (lotus corniculatus), гельминтотека синяковидная (helminthotheca echioides) лапчатка ползучая (ро\епШа), пырей ползучий (е!^пд1а герепэ), клевер ползучий (МоНит герепэ)
Весь эксперимент построен на региональном материале. Целью и задачей исследования явились: сравнительный анализ структуры и функционирования ценозов на основе сопоставления динамики запасов и характера потоков органического вещества и йода в системе «почва - растение»; описание структуры и функционирования естественных экосистем на основе вычисления значения и знака баланса микроэлемента йода в любой период вегетации.
При отборе проб почвы пользовались общепринятой методикой Е. В. Аринушки-ной [1], также были рассмотрены методики
по сбору полевого материала А. А. Титля-новой [8], Т. К. Гордеевой [3]. Подземную биомассу определяли методом монолитов М. С. Шалыта [9]. Йод в растительных объектах и почве определяли радонитно-нитритным методом в модификации [5].
Время исследования - 2012-2014 г., когда осуществлялись сбор полевого материала, его камеральная обработка, анализ образцов фракций растительного вещества, вычисление динамики запасов йода в данных экосистемах, значения и знака баланса (участок -окрестности поселка Шамхал). Изучение круговорота питательных элементов в при-
Естественные и точные науки ••• 19
Natural and Exact Sciences •••
родных экосистемах является теоретической предпосылкой научно обоснованной системы землепользования. Проведенные исследования необходимы для прогнозирования факторов отрицательного воздействия на ценозы, возможности держать под контролем проблемы, связанные с антропогенным и техногенным вмешательством и для выработки стратегии экологически грамотного землепользования в регионе.
Результаты и их обсуждение
Круговороты химических элементов в природных экосистемах близки к скомпен-сированности: приход вещества в цикл за определенный период в среднем приблизительно равен выходу вещества из цикла. Для построения баланса элементов минерального питания необходимы данные о чистой первичной продукции, интенсивности разложения и концентрации химических элементов в различных фракциях растений. Сбор материала проводился ежемесячно в течение вегетационного периода с апреля по сентябрь. Пробы надземной и подземной фитомассы отбирали в следующие фазы развития: 1) кущение, 2) трубкование, 3) цветение (колошение), 4) плодообразование, 5) молочно-восковая спелость, 6) полная спелость.
Надземную фитомассу собирали укосным методом с площадок размером 1 м2, повторность 5-кратная. Выделяли следующие фракции фитомассы: надземная -стебли, листья, цветы, зерно живые
корни ветошь, (отмершие, но ещё не опавшие части растений, D), мелочь и мортмасса (измельченная надземная био-масса-Rem/Mm), неразложившаяся или полуразложившаяся солома, подстилка, семена. Подстилка отдельно не учитывалась, так как она обнаруживалась на почве практически лишь к моменту сбора урожая. Сроки отбора проб условно обозначали ^ и т. д. Растения срезали в уровень с почвой, все укосы производили в начале дня. Подземную биомассу определяли методом монолитов [9]. Динамика растительного вещества в степном ценозе на луговой почве отражена в таблице 2 и на рисунке 1.
В экосистеме изучалась сезонная динамика запасов йода в растительном веществе. Методологической основой исследования круговорота биогеценозов, проведенного в выбранной нами экосистеме, является системный подход и оценка интенсивностей биогеоценотических процессов. Круговорот химических элементов можно схематично
представить в виде системы, состоящей из «блоков» и «потоков».
Под структурой биологического круговорота (или структурой обменных процессов) мы понимаем совокупность всех блоков и соединяющих эти блоки потоков, связей, отношений. Сезонная динамика накопления запасов йода в структуре фитомассы биогеоценоза отражена в таблице 3 и показана на рисунке 2.
На основании результатов исследования можно сделать следующие выводы. Большинство луговых почв бедны йодом. Содержание гумуса составляет 3,43 % с последующим уменьшением вниз по горизонту. Содержание йода в луговой почве Присулакской низменности колеблется в пределах: подвижный 0,0054-1,7500 мг/г, валовый 0,44-6,93 мг/г, соотношение составляет 43 % [7]. Наибольшая величина растительного вещества определяется в июле - 640 г/м2, наименьшая биомасса в апреле - 0,073 г/м2 и в сентябре - 0,007 г/м2. В корнях максимум 429,5 г/м устанавливается в сентябре. Максимум содержания йода в экосистеме - в надземной массе 0,238 мг/м2, в корнях 0,336 мг/м2 - приходится на июнь. Наибольшее количество йода накапливают: ветошь в июле - 0,044 мг/м2, а мортмасса в мае - 0,153 мг/м2. В августе определяется минимальное содержание йода в надземной массе - 0,007 мг/м2. В июле накапливают наименьшее количество микроэлемента: ветошь - 0,0017 мг/м2, мортмасса -0,011 мг/м2. Полученные величины интенсивностей потоков позволили построить баланс обмена между почвой и растениями. Йод составил положительный баланс +0,18 мг/м2.
Заключение
Для скомпенсированности кругооборота и приближения его к положительным значениям необходимо внесение микроудобрений с содержанием йодида калия в расчете приблизительно 0,6 г на 1 гектар пашни. Полученные результаты могут быть применены в агрохимии при исчислении необходимого количества микроудобрений для достижения положительного баланса микроэлементов. Проведенные исследования необходимы для прогнозирования факторов отрицательного воздействия на ценозы, возможности держать под контролем проблемы, связанные с антропогенным и техногенным вмешательством, выработки стратегии грамотного землепользования в регионе [4].
Естественные и точные науки ••• 20
Natural and Exact Sciences •••
Динамика растительного вещества в естественном степном ценозе (участок - пос. Шамхал, почва - луговая, г/м2)
Таблица 2
Период Надземная масса Живые корни Мортмасса Ветошь
G AG R AR Rem Mm D AD
ti Апрель-май 0,073 +0,069 0,166 +0,055 0,067 +0,087 0,014 +0,023
t2 Май-июнь 0,142 +0,094 0,221 +0,115 0,0154 -0,111 0,037 -0,026
t3 Июнь-июль 0,238 +0,165 0,336 -0,0281 0,043 -0,031 0,011 -0,009
t4 Июль-август 0,199 -0,039 0,055 +0,059 0,012 +0,0835 0,0017 +0,042
t5 Август-сентябрь 0,007 -0,191 0,114 +0,064 0,020 +0,0036 0,0440 -0,013
t6 Сентябрь-октябрь 0,042 0,056 0,031
Итого +0,096 +0,0118 +0,06 +0,017
Итого за сезон +0,018 мг/м2 - период
700 600 500 400 300 200 100 0
г
/ | 1
Л В 71
i R ? п Е
2 \l -ш В i — ,
□ биомасса
□ Корни
Ш Мортмасса
□ Ветошь Ш Помет
□ Подстилка
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август Сентябрь
Рис. 1. Сезонная динамика накопления запасов растительного вещества в структуре фитомассы биогеоценоза, мг/м2
Таблица 3
Запасы йода в степном ценозе Присулакской низменности, мг/м2
Месяц Надземная масса Живые корни Ветошь Мортмасса Подстилка
Апрель 0,073 0,166 0,013 0,066 -
Май 0,142 0,221 0,036 0,153 0,011
Июнь 0,238 0,336 0,010 0,042 -
Июль 0,199 0,055 0,0017 0,011 -
Август 0,007 0,114 0,044 0,02 0,026
Сентябрь 0,042 0,119 0,030 0,052 0,005
Апрель Май Июнь
^ Надземная ¡3 Живые
Июль Август
i Ветошь В Мортмасса
Сентябрь
Рис. 2. Сезонная динамика накопления запасов йода в структуре фитомассы биогеоценоза, мг/м
Естественные и точные науки ••• 21
Natural and Exact Sciences •••
Литература
1. Аринушкина Е. В. Руководство по химиче- логических объектах // Агрохимия. 1976. № 7. скому анализу почв. М.: Издательство МГУ, 1970. С. 140-143.
475 с.
2. Битюцкий Н. П. Микроэлементы и растения. Учебное пособие. СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского ун-та, 1999. 232 с.
3. Гордеева Т. К. Биологическая продуктивность и круговорот химических элементов в растительных сообществах. Л: Наука, 1971. С. 121-126.
4. Дибирова А. П., Ахмедова З. Н., Рамазанова Н. И., Хизроева П. Р. Содержание молибдена, цинка, бора, йода в почвах равнинной территории Дагестана // Почвоведение. 2005. № 8. С. 968973.
5. Проскурякова Г. Ф., Никитина О. Н. Ускоренный вариант кинетического роданидно-нитритного метода определения микроколичеств йода в био-
475 p. (In Russian)
2. Bityutsky N. P. Mikroelementy i rasteniya [Minerals and plants]. Study Guide. Saint Petersburg, Saint Petersburg University Publ., 1999. 232 p. (In Russian)
3. Gordeeva T. K. Biologicheskaya produktivnost' i krugovorot khimicheskikh elementov v rastitel'nykh soobshchestvakh [Biological efficiency and circulation of chemical elements in vegetable communities]. Leningrad, Nauka Publ., 1971. pp. 121-126.
4. Dibirova A. P., Akhmedova Z. N., Ramazanova N. I., Khizroeva P. R. Content of molybdenum, zinc, pine forest, iodine in soils of the flat territory of Dagestan. Pochvovedenie [Soil Science]. 2005. No. 8. pp. 968-973. (In Russian)
5. Proskuryakova G. F., Nikitina O. N. The accelerated option of a kinetic rodanidno-nitritny method of definition of microamounts of iodine in biological
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ Принадлежность к организации Гаджимусиева Наида Тагировна, младший научный сотрудник лаборатории биофизики Прикаспийского института биологических ресурсов (ПИБР), Дагестанский научный центр (ДНЦ) Российской академии наук (РАН), Махачкала, Россия; e-mail: musina.0 7@mail.ru
Статья поступила в редакцию 30.03.2016 г.
6. Родин Л. Е., Ремезов Н. П., Базилевич Н. И. Методологические указания к изучению динамики и биологического круговорота в фитоценозах. Л.: Наука, 1968. 143 с.
7. Салманов А. Б. Микроэлементы в почвах Терско-Сулакской низменности // Сборник научных трудов. Махачкала, 1981. 185 с.
8.Титлянова А. А. Системное описание круговорота веществ. Основные понятия в количественные параметры // Экология. 1984. № 1. С. 58-59.
9. Шалыт М. С. Методика изучения морфологии и экологии подземной части отдельных растений и растительных сообществ // Полевая геоботаника. Т. 2. М.-Л.: Наука, 1960. 87 с.
Metodologicheskie ukazaniya k izucheniyu dinamiki i biologicheskogo krugovorota v fito-tsenozakh [Methodological instructions to studying the dynamics and biological circulation in phyto-cenosis]. Leningrad, Nauka Publ., 1968. 143 p. (In Russian)
7. Salmanov A. B. Microelements in Tersko-Sulakskaya lowland soils. Sbornik nauchnykh trudov [Collection of scientific works]. Makhachkala, 1981. 185 p. (In Russian)
8. Titlyanova A. A. System description of circulation of substances. The basic concepts and quantitative parameters. Ekologiya [Ecology]. 1984. No. 1. pp. 58-59. (In Russian)
9. Shalyt M. S. Methods of studying the morphology and ecology of underground part of separate plants and vegetable communities. Polevaya geo-botanika [Field geobotany]. Vol. 2. Moscow-Leningrad, Nauka Publ., 1960. 87 p. (In Russian)
INFORMATION ABOUT AUTHOR Affiliation
Naida T. Gadzhimusieva, junior researcher, the laboratory of Biophysics, the Caspian Institute of Biological Resources (CIBR), Dagestan Scientific Centre (DSC), Russian Academy of Sciences (RAS), Makhachkala, Russia; e-mail: musina.07@mail.ru
Article was received 30.03.2016.
References
1. Arinushkina E. V. Rukovodstvo po khimich-eskomu analizu pochv [Guide to the chemical analysis of soils]. Moscow, MSU Publ., house, 1970.
objects. Agrokhimiya [Agrochemistry]. 1976. No. 7. pp. 140-143. (In Russian)
6. Rodin L. E., Remezov N. P., Bazilevich N. I.
