CC BY
133
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Меняйло JI. Н. Роль фитогормонов в устойчивости древесных растений к стрессам / Л. Н. Меняйло / / Успехи своременной биологии. 1992. Т. 112, вып. 5. С. 745.
2. Полевой В. В. Фитогормоны / В. В. Полевой. Л.: ЛГУ, 1982. 289 с.
3. Романов Г. А. Ауксины и цитокинины в развитии растений. Последние достижения в исследовании фитогормонов / Г. А. Романов, С. С. Медведев / / Физиология растений. 2006. Т. 53, № 2. С. 309 — 319.
4. Шаповалова А. А. Отечественные регуляторы роста / А. А. Шаповалова, Н. Ф. Зубкова / / Агрохимия. 2003. № 11. С. 33 — 47.
5. Biddington N. Z. A modified Amaranthus betacyanin biossay for the rapid determination of citikinins in plant exstract / N. Z. Biddington, T. N. Tomas // Planta. 1973. P. 183 — 186.
Поступила 18.10.06.
ДИКОРАСТУЩИЕ РАСТЕНИЯ КАК ОБЪЕКТ МОНИТОРИНГА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
В. И. Кудряшова, кандидат биологических наук (Саранск), Д. И. Башмаков, кандидат биологических наук (Саранск), Т. Н. Гудошникова, кандидат биологических наук (Саранск)
Большинство городов России испытывают сильное антропогенное воздействие из-за высокой численности промышленных предприятий. Особое место среди них занимает Саранск, где выбросы промышленных предприятий, энергетических установок и транспорта привели к загрязнению окружающей среды тяжелыми металлами.
Серьезную опасность для окружающих промышленную зону районов представляет нео-зелененная открытая поверхность почвы, главным образом, вокруг заводов, гаражей, автостоянок и т. д. Эти обширные участки несут серьезную угрозу пылевой дефляции и выноса поверхностного слоя загрязненной почвы на близлежащие территории, в том числе и садово-огородные участки.
В настоящее время известно много публикаций, посвященных разработке приемов деток-сикации [1; 13]. Однако анализ литературы не дает какой-либо универсальной методики для быстрой рекультивации почв, загрязненных тяжелыми металлами, и каждый из вышеприведенных методов имеет свои слабые стороны.
На наш взгляд, одним из перспективных
© В. И. Кудряшова, Д. И. Башмаков, Т. Н. Гудошникова, 2007
способов детоксикации почв в комплексе с другими приемами может быть фиторемедиа-ция — способ очистки и оздоровления загрязненных тяжелыми металлами почв с помощью растений. Известно, что растения, включаясь в биологический круговорот, накапливают в своих тканях тяжелые металлы, извлекая их из почвы [1; 5]. Без вмешательства растений тяжелые металлы могут оставаться в почве на протяжении веков. Именно на этом и основан основной принцип фиторемедиации — выращивание на загрязненных тяжелыми металлами почвах растений, способных избирательно поглощать металлы и аккумулировать их в надземных органах, которые удаляются и сжигаются в промышленных печах, а металлы возвращаются производству, или вывоз надземной фитомассы растений и захоронение их в карьерах.
В качестве модели в фиторемедиационном методе наибольший интерес представляют дикорастущие формы, в частности сорняки культурных посевов, обладающие устойчивыми признаками и свойствами. Они, как правило, легче переносят неблагоприятные факторы
22
ВЕСТНИК Мордовского университета | 2007 | № 4
среды, в том числе токсичные, техногенные ре «Спектроскан» [11; 12].
загрязнения.
Целью работы являлось изучение аккумуляции тяжелых металлов дикорастущими растениями, произрастающими в зонах промышленного загрязнения г. Саранска, для возможного их использования в фиторемедиацион-ном методе очистки загрязненных почв от тяжелых металлов.
Для проведения эксперимента были выбраны районы г. Саранска, отличающиеся неодинаковой степенью загрязненности тяжелыми металлами: Юго-Западный в пределах опытного завода и Центральный вблизи экспериментального завода.
Объектами исследования являлись почва и растения, которые наиболее часто встречаются в данном районе. Это растения из семейства сложноцветных: одуванчик лекарственный Taraxacum officinale Wigg., полынь горькая Artemisia abssinthium L., ежа сборная Dactylis glonurata L., клевер луговой Trifolium pratense L., марь белая Chenopodium album L. Пробы почв и растений собирали осенью 1996 г. Отбор проб проводили в сухую погоду с 8 до 10 ч утра [9].
Собранные пробы зеленой массы были очищены от внешних загрязнителей и примесей, вымыты водой и высушены до воздушно-сухого состояния.
Определение тяжелых металлов в растениях проводили из трех параллельных навесок. Для проведения анализа в фарфоровую чашку брали навеску измельченной пробы, взвешенной с погрешностью не более ± 0,0002 г. Минерализацию проб проводили по ГОСТу 26929-86 [3]. Содержание тяжелых металлов в почве и растениях определяли рентгенофлуоресцентным методом на прибо-
Результаты анализа почвенных проб, отобранных в Центральном и Юго-Западном районах, показали, что содержание свинца (РЬ) в 12 раз превышает ПДК (табл. 1).
Наблюдаемое превышение ПДК свинца в
О
этих районах связано с непосредственной близостью автодороги и с интенсивностью движения. Кроме того, РЬ и его соединения присутствуют в выбросах предприятий, расположенных на территории города. В 1,5 (Центральный район) и 1,7 (район Юго-Запада) раза превышен уровень содержания цинка (2п). Основной источник загрязнения, обусловливающий превышение ПДК 2п в почве, объясняется наличием дизельного автотранспорта [5], а также работой лампового и опытного заводов, где изготавливали гальванические элементы и существует цех хромирования.
Неблагоприятная ситуация складывается и по отношению к содержанию меди (Си) в этих районах. Показатели здесь в 10 — 14 раз выше нормы. Исследование почвы в Центральном и Юго-Западном районах города показало, что валовое содержание тяжелых металлов ( N1, Со, Ее, Мп и Сг ) не превышает ПДК, хотя в центральной части города у заводов «Биохимик», лампового, «ЖБК-1» наблюдается превышение фоновой концентрации Мп в 1,1 раза, а Сг находится в пределах верхней границы ПДК (100,2 мг / кг). В Юго-Западной части города фоновое значение Сг превышено в 1,1 раза.
Если рассматривать динамику посезонного накопления тяжелых металлов в почве, то содержание таких элементов, как Мп, Со, РЬ остается практически без изменений. В сентябре к концу вегетационного периода развития растений происходит увеличение концен-
Таблица 1
Валовое содержание тяжелых металлов в почвах, отобранных в Юго-Западном и Центральном районах г. Саранска*
Точка отбора Тяжелые металлы, мг / кг сухой массы
РЬ Zn Си Ni Со Fe Мп Сг
Центральный район (перекресток улиц Гагарина и Васенко) 365,2± ±2,62 150,3 ± ±2,46 803,3± ± 50,4 52,2 ± ± 0,1 19,2 ± ± 1,5 36 667,5± ± 1 833,3 1 008.3 ± 100.2±
± 35,4 ± 6,6
Юго-Западный район (р-н опытного завода) 259,7± ± 3,70 172,1± ± 10,2 603,4± ±50,9 48,6 ± ± 1,16 20,7 ± ± 1,9 33 455,2± ± 2 007,3 637,5 ± ± 38,2 98,5 ± ± 9,3
ПДК 30 100 55 85 25 38 000 1 500 100
Фон 18 50 19,5 54 14 700 850 55
* Подчеркнуты значения, превышающие фон; жирным шрифтом выделены значения, превышающие ПДК.
ерия «Биологические науки»
23
ляции металлов надземной частью у полыни горькой. Слабую биоаккумуляцию N1 растениями можно объяснить низкой концентрацией его в почве (48,1 мг / кг), небольшой подвижностью и слабощелочной реакцией среды (рН = = 7,5), которая, как известно из литературных источников, снижает подвижность N1' [13; 7; 8].
Нами установлено, что все изученные растения в условиях антропогенного загрязнения накапливают в фитомассе повышенное количество тяжелых металлов, а такие металлы, как Ре, Сг, Си, аккумулируются в количестве, превышающем ПДК. ПДК Си содержат все изученные растения, кроме клевера лугового. По содержанию Ре превышение ПДК выявлено для ежи сборной, клевера лугового. Все дикорастущие растения, участвующие в эксперименте, содержат ПДК Сг.
По общему содержанию тяжелых металлов в надземной части различных видов растения располагаются в следующий ряд: клевер луговой > полынь горькая > ежа сборная > одуванчик лекарственный > марь белая.
Из литературных источников известно, что различные органы растений обладают неодинаковой способностью накапливать тяжелые металлы [1]. Это зависит от многих факто-
Таблица 2
Суммарное содержание тяжелых металлов в дикорастущих растениях
Вид растения Тяжелые металлы, мг / кг сухой массы
РЬ 1п Си N1 . Со Ре Мп Сг
Стебель и листья
Клевер луговой 6,1 ± 0,3 6,9 ± 0,1 6,3 ± 0,6 6,1 ± ± 0,2 3,0 ± ± 0,1 270,2 ± 14,9 1,9 ± 0,1 0,1 ± 0,01
Ежа сборная 11,1 ± 0,7 10,4 ± 0,8 12,5 ± 0,4 3,1 ± ± 0,1 3,9 ± ± 0,2 202,2 ± 15,5 1,9 ± 0,1 1,4 ± 0,08
Одуванчик лекарственный 9,8 ± 0,5 16,7 ± 1,3 11,2 ± 0,5 2,9 ± ± 0,2 4,9 ± ± 0,1 229,2 ± 19,4 3,8 ± 0,1 1,8 ± 0,1
Полынь горькая 11,6 ± 0,8 7,9 ± 0,4 150,1 ± 10,9 22,9 ± 1,2 , 2,9 ± ± 0,2 114,8 ± 10,3 4,7 ± 0,08 1,1 ± 0,07
Марь белая 6,9 ± 0,4 7,5 ± 0,5 9,3 ± 0,9 2,8 ± ± 0,4 3,7 ± ± 0,4 327,7 ± 19,5 2,1 ± 0,03 1,7 ± 0,08
Корень
Клевер луговой 15,2 ± 0,9 4,4 ± 0,3 10,1 ± 0,8 10,2 ± ± 0,4 3,9 ± ± 0,3 370,4 ± 22,3 4,5 ± 0,2 2,0 ± 0,2
Ежа сборная 9,3 ± 0,3 7,3 ± 0,5 11,1 ± 0,9 3,1 ± ± 0,2 2,5 ± ± 0,2 235,8 ± 8,8 2,7 ± 0,07 2,4 ± 0,08
Одуванчик лекарственный 12,3 ± 0,9 10,7 ± 0,9 20,9 ± 1,1 2,4 ± ± 0,2 2,9 ± ± 0,1 169,3 ± 10,2 2,6 ± 0,7 1,2 ± 0,08
Полынь горькая 18,3 ± 1,3 10,6 ± 0,8 19,9 ± 1,2 7,6 ± ± 0,5 4,0 ± ± 0,5 385,7 ± 17,3 3,7 ± 0,2 1,5 ± 0,03
Марь белая 8,9 ± 0,6 4,8 ± 0,5 19,2 ± 0,8 3,9 ± ± 0,1 4,3 ± ± 0,5 402,3 ± 15,3 5,4 ± 0,08 1,7 ± 0,1
трации в почве Ре и Си, а содержание Сг, наоборот, уменьшается. Полученные данные подтверждают устоявшееся мнение об относительном постоянстве физико-химических свойств почв в течение сезонного периода, а увеличение того или иного тяжелого металла к концу сезона, скорее всего, связано с усилением антропогенного воздействия.
В связи с тем, что в фиторемедиационном методе очистки почв от тяжелых металлов используют надземную часть растений, способных аккумулировать их, нами проведены исследования по распределению тяжелых металлов в различных частях растений, корнях и надземной части.
Как видно из табл. 2, максимальная концентрация свинца в растениях была выявлена в корнях всех исследуемых растений; в надземной части одуванчика лекарственного цинка накапливается в 1,5 раза больше, чем в корнях; у клевера лугового и мари белой превышение наблюдалось в надземной части; наблюдалось снижение меди в 2 раза в ряду корень — надземная часть, причем эта тенденция выявлена практически у всех исследованных растений.
Наши исследования показали: N1 слабо аккумулируется растениями; преимущество аккуму-
24
ВЕСТНИК Мордовского университета | 2007 | № 4
Данные, полученные в ходе эксперимента, показали, что наибольшей аккумуляционной способностью по отношению ко всем имеющимся тяжелым металлам обладают клевер
ров: вида почв, на которых произрастают те или иные растения, экологической обстановки в данном районе, фазы развития растений.
Кроме того, следует учитывать и видовую специфику в накоплении отдельных элемен- луговой, полынь горькая и ежа сборная. Наименьший индекс КБП имеют марь белая и одуванчик лекарственный (0,001 — 0,23 мг / кг).
В результате проведенных исследований было установлено, что для фиторемедиацион-
тов, а также синергические и антагонистические взаимодействия отдельных элементов в пределах одного вида.
Результаты проведенных нами исследований показали, что максимальное общее коли-
и
чество тяжелых металлов в осеннии период накапливается в основном в надземной части растений. Однако в корнях мари белой и одуванчика лекарственного количество тяжелых металлов больше, чем в листьях и стеблях.
Полученные данные по валовому содержанию тяжелых металлов в почве, а также в различных частях растений (см. табл. 1, 2) позволили нам рассчитать индекс биоакку-
О
муляции, который показывает отношение содержания этих металлов в растениях и по-
чве.
Среднее значение индекса биоаккумуля-
О
О
ции для надземных частей растении уменьшается в следующем ряду: Ре > Си > Сг > 1п> > Со > Мп. Для всех металлов (кроме Ре) коэффициент биоаккумуляции меньше 1 (для
Со, Мп совсем незначителен), что означает
/
их слабое биологическое поглощение растениями из почвы. Для Ре установлен наибольший КБП (3,25), выявленный у клевера лугового, полыни горькой и ежи сборной.
ной очистки загрязненных почв от тяжелых металлов в промышленной зоне г. Саранска наиболее подходят клевер луговой, полынь горькая, ежа сборная, и их можно рассматривать в качестве биоиндикаторов загрязнения надземных экосистем.
Выращенные на загрязненных почвах растения можно скашивать, высушивать и подвергать озолению. Золу брикетировать и утилизировать намного удобнее из-за меньшего объема и массы. Зольный остаток рас-тений-концентраторов возможно использовать как мини-удобрение на бедных теми или иными микроэлементами почвах. Растения—концентраты всех металлов не выявлены: каждое накапливает в побегах 2 — 3, реже 4 элемента.
Таким образом, фиторемедиационный метод можно использовать для очистки и оздоровления загрязненных тяжелыми металлами почв с помощью дикорастущих растений как не требующий больших экономических затрат, простой в практическом осуществлении и применимый в любых экологически неблагоприятных зонах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях / Ю. В. Алексеев. Л.: Агропромиздат, 1987. 140 с.
2. Влияние известкования и органического удобрения на содержание свинца в сельскохозяйственных культурах / Л. А. Лебедева, С. Н. Лебедев, Н. Л. Едемская [и др.] // Агрохимия. 1998. № 3. С. 62 — 66.
3. ГОСТ 26929-86. Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения токсичных элементов. М.: Изд-во стандартов, 1986. 85 с.
4. Дабахов М. В. Влияние агрохимических средств на подвижность свинца и кадмия в светлосерой лесной почве и поступление их в растения / М. В. Дабахов, Г. А. Соловьев, В. С. Егоров / /
Агрохимия. 1998. № 5. С. 57 — 59.
5. Дубов И. В. Тяжелые металлы в эпоху дикого рынка / / Известия Мордовии. 1995. 22 авг.
6. Изучение аккумуляции тяжелых металлов растениями / Л. Т. Самкаева, В. В. Ревин, Ю. И. Рыбин [и др.] // Биотехнология. 2001. № 7. С. 54 — 59.
7. Ильин В. Б. Тяжелые металлы в системе почва — растение / В. Б. Ильин. Новосибирск: Наука,
1991. 151 с.
8. Кабата-Пегдиас А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пегдиас, X. Пендиас. М.:
Мир, 1989. 438 с.
Серия «Биологические науки»
25
9. Кретович В. А. Биохимия растений / В. А. Кретович. М.: Высшая школа, 1986. 502 с.
10. Методика определения содержания металлов в порошковых пробах почв методом рентгенофлуо-ресцентного анализа. СПб.: НПО «Спектрон», 1994. 11 с.
И. Методика определения тяжелых металлов в растительном сырье. МВИ ЭС №883-93. СПб.: НПО «Спектрон», 1993. 25 с.
12. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. М.: ЦИНАО, 1992: 61 с.
13/Никель в растениях / И. В. Андреева, В. В. Говорина, С. Б. Виноградова [и др.] / / Агрохимия.
2001. № 3. С. 82 — 94.
14. Растения могут очистить почву от тяжелых металлов / / Обозрение по генной инженерии и биотехнологии. М., 1995. С. 86.
Поступила 18.10.06.
О НАХОДКЕ ВЕНЕРИНА БАШМАЧКА НАСТОЯЩЕГО (СYPRIPEDIUМ CALCEOLUS L.) И ПЫЛЬЦЕГОЛОВНИКА КРАСНОГО (CEPHALANTHERA RUBRA (L.) RICH) В ИЧАЛКОВСКОМ РАЙОНЕ РЕСПУБЛИКИ МОРДОВИЯ
Г. Г. Чугунов, кандидат биологических наук (Саранск), А. Е. Шигаева (Саранск)
В условиях научно-технической револю-
так как она находится в зоне интенсивного хозяйственного использования [4].
ции в руках человека оказались мощные рычаги воздействия на природу. Часто не рег-
использование природных ческого разнообразия республики служат ин-
Первыми шагами к сохранению биологи-
ламентируемое ресурсов, отходы промышленных и сельскохозяйственных технологий, урбанизация, демографический взрыв нарушили и продолжают нарушать закономерности природных процессов, что уже привело к сокращению лесных площадей, увеличению бесплодных или эродированных земель, загрязнению пресных вод и Мирового океана, загрязнению воздуха. Все это сказалось на растениях. Часть исчезла по вине человека, и, как ни печально, этот процесс продолжается. Ученые полагают, что в ближайшие сто лет ежегодно будет вымирать в среднем один вид. В связи с этим охра-
U
на окружающей среды стала одной из самых острых и актуальных проблем современности [2].
Решение вопросов охраны флоры актуально и для территории Республики Мордовия, чей по сохранению видового разнообразия [3].
© г. г. Чугунов, А. Е. Шигаева, 2007
вентаризация видового состава и выявление редких и исчезающих видов. Главным правовым документом, на основании которого производится охрана того или иного вида, служит Красная книга. Она предусматривает организацию и проведение мероприятий по сохранению редких видов, мониторинг за их
состоянием. Наиболее эффективная охрана
к
растительного мира осуществляется на особо охраняемых природных территориях (ООПТ). Тщательное изучение биоразнообразия на этих территориях делает возможным мониторинг последующих изменений флоры. Анализ распространения редких видов показал, что многие растения, подлежащие охране в нашей республике, не попали в существующую сеть ООПТ. Поэтому выявление и организация новых ООПТ также является важнейшей зада-
