CC BY
60
УДК 504.05:[631.4+581](571.14)
Мяделец М.А., Сиромля Т.И., Сысо А.И.
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН E-mail: marinamyadelets@yandex.ru
ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ CHELIDONIUM MAJUS L. ГОРОДСКИХ ЭКОСИСТЕМ (НА ПРИМЕРЕ Г. НОВОСИБИРСКА И Г. ИСКИТИМА)
Исследовано и оценено по гигиеническим и биогеохимическим критериям содержание 30 макро- и микроэлементов в почвах и растениях Chelidonium majus L. (надземная и подземная части) антропогенно измененных территорий. Превышения содержания химических элементов, нормируемых по ГН и СаНПиН, не обнаружено. Рассчитаны коэффициенты биологического накопления и корневого барьера. Проведено сравнение с литературными данными и элементным составом аптечного сырья. Содержание химических элементов (ХЭ) в исследованных почвенных образцах соответствует фоновым количествам в почвах юга Западной Сибири. Превышения ориентировочно-допустимых концентраций валового содержания Хэ по ГН 2.1.7.2511-09 и предельно-допустимых концентраций их подвижных форм по Гн 2.1.7.2041-06 не обнаружено. В почвах г. Искитим статистически значимо выше валовое содержание B, Ca, Си, P, Sr, Zn, но ниже -Na; также обнаружена повышенная концентрация подвижных форм Са и Sr, что служит причиной снижения подвижности группы тяжелых металлов - Cd, Co, Cu и др. В надземной части Chelidonium majus L. статистически значимая разница в содержании ХЭ отсутствует. Вероятно, на содержание ХЭ в растениях Ch. majus в большей степени влияет относительное постоянство элементного состава данного вида. Содержание тяжелых металлов в исследуемых образцах растительного сырья (таблица) не превышает предельно допустимых значений, нормируемых по СанПиН 2.3.2.107801. Все исследуемое растительное сырье соответствует нормам Государственной фармакопеи по общей зольности и содержанию золы, нерастворимой в 10% HCl. При сравнении с кларковыми значениями в растениях суши, в исследуемых образцах отмечается более высокое содержание Al, Cd, Co, Ga, K, Pb, Sr и пониженное - Cr, Mg, Mn, Na, Zn, Zr. Вместе с тем, содержание ХЭ соответствует таковому в образцах растений Ch. majus из Европейской части России, Белоруссии и Украины. Образцы аптечного сырья Ch. majus отличаются по содержанию Co, La, Cr, Ni, Mn и Zn. Полученные нами результаты подтвердили концентрирование в надземной части Ch. majus Cu и Zn. Высокие значения коэффициента биологического поглощения отмечаются для К, P, B, Mg, Ca, Sr и Cd. Коэффициент корневого барьера меньше единицы для B, Ca, К, La, P, максимальные значения характерны для Al, Cr, Fe, Na, Ti (при этом сильно варьируют).
Ключевые слова: Chelidonium majus L., химические элементы, почва, загрязнение окружающей среды, Новосибирская область.
Чистотел большой (^еШопшт majus L.) -травянистое многолетнее растение с европейско-восточно-азиатским ареалом, широко распространено во всех областях Средней России. В основном произрастает по сорным местам, обочинам дорог, оврагам [4]. Рассматривается как индикатор урбанизированных флор [14].
Надземная часть С^ majus используется в научной и народной медицине как в России, так и за рубежом [3]. Применяется в качестве аналгезирующего, антихолинэстеразного, дерматопротективного, иммунодепрессивно-го, противовоспалительного, противотуберкулёзного, седативного и спазмолитического средства [12].
Цель работы - изучение влияния содержания химических элементов (ХЭ) в почвах на их количество в растении Ск majus. его экологическую безопасность и качество, как аптечного сырья, в условиях антропогенно загрязненных территорий г. Новосибирска и г. Искитима. В качестве объектов исследования были использо-
ваны образцы растений Ск majus (надземная и подземная части), собранные в фазу цветения, и почв (из слоя 0-20 см - основной зоны минерального питания и сосредоточения корней данного вида растения).
В г. Новосибирске образцы отбирались на 6 пробных площадках в правобережной части города - в зоне влияния ТЭЦ-5 и возле крупных автомагистралей. В г. Искитиме, где сосредоточены разнопрофильные производства стройиндустрии, вызывающие полиметалльное загрязнение почв [5], образцы были отобраны на 3 пробных площадках, расположенных в зоне влияния Искитимского завода железобетонных изделий №5. Объем выборок в целом небольшой (это связано с ограниченной распространенностью данного вида на исследуемых территориях), однако полученные данные дают определенное представление о содержании ХЭ в системе почва - растения С^ majus.
На каждой площадке отбиралось не менее 5 индивидуальных проб почв и растений, из
которых составлялась средняя проба. Дополнительно были проанализированы 4 образца аптечного сырья Ск majus различных производителей. Исследования выполнены в трех аналитических повторностях.
Содержание частиц менее 0,01 мм определяли по ГОСТ 12536-79, реакцию среды -рНсол - по ГОСТ 26483-85, подвижную форму ХЭ°в почвах - по РД 52.18.289-90. Измерение общего количества ХЭ проводили методом атомно-эмиссионного спектрографического анализа с дуговым аргоновым двухструйным плазмотроном. Содержание ХЭ приведено в пересчете на абсолютно-сухое вещество. Для оценки доступности ХЭ растениям из почвы рассчитывали:
1) коэффициент биологического поглощения - Ах, как отношение содержания ХЭ в золе растения к общему их количеству в почве [11];
2) степень накопления ХЭ растениями по коэффициенту корневого барьера - Ккб, как отношение содержания элементов в подземной части к их концентрации в надземных органах.
Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с помощью пакета программ SNEDECOR [9]. При подтверждении нормальности распределения содержания исследуемых ХЭ и равенстве дисперсий для сравнительных оценок использовали критерий Стьюдента, в остальных случаях применяли непараметрические критерии Манна-Уитни, Вальда-Вольфовица, Колмогорова-Смирнова. Во всех процедурах статистического анализа критический уровень значимости р принимался равным 0,05.
Изученные почвы имели легкосуглинистый гранулометрический состав и близкую к нейтральной реакцию почвенной среды. Содержание ХЭ соответствует фоновым количествам в почвах юга Западной Сибири [8]. Превышения ориентировочно-допустимых концентраций валового содержания ХЭ по ГН 2.1.7.2511-09 и предельно-допустимых концентраций их подвижных форм по ГН 2.1.7.2041-06 не обнаружено. В почвах г. Искитима статистически значимо выше валовое содержание В, Са, Си, Р, Sr, 2п, но ниже - № (табл. 1), что характерно для почв зоны воздействия предприятий по производ-
ству цемента [9]. В почвах обнаружена повышенная концентрация подвижных форм Са и Sr, что служит причиной снижения подвижности группы тяжелых металлов - Cd, Со, Си и т. д. Анализ данных (табл. 1) показал, что в подземной части растений статистически значимо различается содержание меньшего количества ХЭ, а в надземной части подобная разница вообще отсутствует. Возможно, на содержание ХЭ в растениях Ск majus в большей степени влияет относительное постоянство элементного состава данного вида.
Содержание тяжелых металлов в исследуемых образцах растительного сырья (табл.) не превышает предельно допустимых значений, нормируемых по СанПиН 2.3.2.1078-01.
Все исследуемое растительное сырье соответствует нормам Государственной фармакопеи [3] по общей зольности (< 15%) и содержанию золы, нерастворимой в 10% НС1 (< 2%): в аптечных образцах - 12,4±1,2 и 0,7±0,1%, в образцах пробных площадок - 14,2±0,6 и 0,7±0,2% в надземной части, 10,7±1,1% в подземной части.
При сравнении с кларковыми значениями в растениях суши [8], в исследуемых образцах отмечается более высокое содержание А1, Cd, Со, Ga, К, РЬ, Sr и пониженное - Сг, Mg, Мп, 2п, 2г. Вместе с тем, содержание ХЭ соответствует таковому в образцах растений Ск majus из Европейской части России, Белоруссии и Украины [2]. Образцы аптечного сырья Ск majus содержат значительно меньше Со, La, больше - Сг, №, количество Мп и 2п трудно сравнить из-за сильного варьирования, содержание остальных ХЭ существенно не отличается.
Известно, что Ск majus характеризуется наибольшими коэффициентами накопления по отношению к РЬ, 2п и Си [1] и рекомендуется в качестве вида-индикатора загрязнения окружающей среды. Ск majus, являясь одним из видов растений, синтезирующих алкалоиды, характеризуется повышенным накоплением не только 2п и Си, но и Сг, Fe и Со [7].
Полученные нами результаты подтвердили концентрирование в наздемной части Ск majus Си и 2п. Высокие значения Ах отмечаются для К, Р, В, Mg, Са, Sr и Cd. Коэффициент корневого барьера меньше единицы для В, Са, К, La, Р, максимальные значения характерны
«Проблемы экологии Южного Урала»
Таблица 1. Химические элементы в системе почва-растения СЬ. majus
ХЭ Почва, мг/кг Ах Растительное сырье, мг/кг Ккб
Подземная часть Надземная часть Аптечное сырье Новосибирск Искитим
М (тт-тах) М
М±т М М±т М±т М±т
А1 43425±5192 0,1 2659±535 628±128 369±18 8,6 (3,9-12,4) 1,7
В 40,1±6,2 74,4±12,3 4,7 3,1 14,2±0,3 19,9±1,2 26,6±4,5 15,5±0,6 0,6 (0,4-0,8) 0,7
Ва 437±54 0,6 50,8±8,0 34,8±7,5 27,8±9,2 1,6 (1,1-2,1) 1,6
Ве 2,0±0,1 0,3 0,09±0,01 0,08±0,01 0,05±0,01 1,3 (1,2-1,3) 1,1
Са 17900±4140 132000±15300 7,8 1,2 8673±1308 16640±2314 18515±2709 13864±710 0,5 (0,3-0,8) 0,8
Cd 0,39±0,03 3,9 0,55±0,13 0,43±0,09 0,36±0,02 1,3 (1,2-1,5) 1,1
Со 9,6±1,7 0,4 0,47±0,05 0,45±0,08 0,16±0,02 1,1 (0,8-1,3) 1,0
Сг 53,5±9,4 0,05 2,61±0,20 0,34±0,05 (0,81-4,64)* 9,9 (8,5-18,2) 3,7
Си 15,5±4,3 31,8±6,4 5,9 1,8 19,1±4,5 11,1±1,7 6,8±1,8 1,5 (1,1-2,1) 2,3
Ее 22875±3781 0,1 908±167 328±81 291±82 4,2 (2,6-5,2) 1,6
Ga 10,2±0,7 0,2 0,44±0,05 0,32±0,03 0,27±0,03 1,4 (1,2-1,8) 1,4
К 16475±1116 20 31990±4990 47125±5399 45058±2340 0,6 (0,4-0,8) 0,9
Ьа 19,0±1,8 0,7 1,05±0,17 1,92±0,18 0,53±0,11 0,5 (0,4-0,6) 0,5
Мд 5040±1049 3,2 2395±131 1975±188 2098±71 1,3 (0,8-1,6) 1,1
Мп 525±44 0,4 85,3±14,4 30,9±5,5 (28,7-131,4)* 2,7 (2,0-3,2) 2,4
Ыа 14767±233 9280±184 0,1 0,2 965±240 540±115 196±37 135±15 5,2 (3,5-6,8) 3,3
№ 34,7±6,3 0,3 2,39±0,20 1,56±0,10 2,58±0,61 1,6 (1,4-1,8) 1,3
Р 425±81 1310±143 62 26 3060±230 3789±175 3711±926 0,9 (0,8-0,9) 0,6
РЬ 21,3±2,9 0,2 1,13±0,13 0,71±0,15 0,81±0,17 1,9 (1,6-2,3) 1,3
Sc 7,7±1,8 0,2 0,44±0,06 0,23±0,02 0,24±0,01 2,1 (1,7-2,5) 1,5
Si 240250±15887 0,1 5464±834 2297±504 2120±226 3,0 (2,3-4,0) 1,6
Sn 3,3±1,2 - 0,73±0,07 (< 0,1-0,22)* (< 0,1-0,26)* - -
Sг 160±19 340±47 4,3 2,0 72±7 104±9 94,6±14,6 52,2±14,4 1,0 (0,5-1,1) 1,2
Ti 2393±319 0,1 87±14 34,5±7,1 19,1±3,2 4,5 (2,1-7,1) 1,1
V 65,7±11,1 0,1 2,62±0,28 1,26±0,30 0,76±0,13 2,7 (1,6-3,9) 1,5
Y 22,1±0,9 0,2 1,06±0,14 0,71±0,07 0,38±0,05 1,6 (1,4-1,9) 1,1
Yb 2,1±0,2 0,2 0,08±0,01 0,06±0,01 0,03±0,01 1,5 (1,4-1,6) 1,2
7п 60±5 170±22 2,7 0,9 43,1±5,9 22,6±2,5 (27,2-102,6)* 2,0 (1,5-2,3) 1,7
гг 143±17 0,1 5,19±0,80 2,82±0,36 2,31±0,4 2,2 (1,8-2,4) 1,1
Примечания:
М - среднее арифметическое, т - ошибка среднего арифметического, тт-тах - минимальное и максимальное значение. В дробных выражениях приведены статистически значимо отличающиеся показатели: в числителе для образцов г Новосибирска, в знаменателе - г. Искитима. * - размах варьирования (расчет средних арифметических значений некорректен, т. к. коэффициент вариации более 100%). Ах и Ккб для Sn рассчитать не представляется возможным.
для А1, Сг, Fe, Т (при этом Ккб сильно варьирует).
Таким образом, статистически значимые различия в элементном химическом составе исследуемых почв не проявляются в содержании ХЭ в надземных органах СЬ. та_)И8, что, возможно, является следствием относительного
постоянства элементного состава данного вида. Наблюдается концентрирование в надземных органах Си и 2п, свойственное растениям-алколоидоносам. Превышения предельно допустимых концентраций ХЭ в почвах и растениях не выявлено.
11.09.2015
Работа выполнена при частичной поддержке Российского научного фонда
(проект №15-16-30003)»
Список литературы:
1. Анищенко Л.Н., Шапурко В.Н., Сафранкова Е.А. Особенности аккумуляции тяжелых металлов растениями и лишайниками в условиях сочетанной антропогенной нагрузки // Фундаментальные исследования. - 2014. - №9. - С. 1527-1531.
2. Бузук Н.Г., Ловкова М.Я., Соколова С.М., Тюьекин Ю.В. Взаимосвязь изохиноновых алкалоидов чистотела большого с макро-и микроэлементами // Прикладная биохимия и микробиология. - 2001. - Т. 37. - №5. - С. 586-592.
3. Государственная фармакопея СССР XI издания. Вып. 2. Общие методы анализа. Лекарственное растительное сырье. М.: Медицина. - 1990. - 399 с.
4. Губанов И.А. Киселева К.В., Новиков В.С., Тихомиров В.Н. Определитель сосудистых растений центра европейской России. М.: Аргус. - 995. - 560 с.
5. Ильин В.Б., Сысо А.И. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области. Новосибирск: Изд-во СО РАН. - 2001. - 229 с.
6. Ильин В.Б., Сысо А.И., Байдина Н.Л., Конарбаева Г.А., Черевко А.С. Фоновое количество тяжелых металлов в почвах Юга Западной Сибири // Почвоведение. - 2003. - №5. - С. 550-556.
7. Ловкова М.Я., Соколова С.М., Пономарева С.М., Бузук Н.Г., Климентьева Н.И. Специфичность элементного состава лекарственных растений, синтезирующих алкалоиды // Прикладная биохимия и микробиология. - 1999. - Т. 35. - №1. - С. 75-84.
8. Романкевич Е.А. Живое вещество Земли (биогеохимические аспекты проблемы) // Геохимия. - 1988. - №2. - С.292-306.
9. Сорокин О.Д. Прикладная статистика на компьютере. Краснообск, ГУП РПО СО РАСХН. - 2009. - 222 с.
10. Соколов С.Я., Замотаев И. П. Справочник по лекарственным растениям: Фитотерапия. М. - 1993. - 464 с.
11. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000 - 1999. - 610 с.
12. Шалимов С.А., Гриневич Ю.А., Мартыненко С.В., и др. Противопухолевое и иммуномодулирующее действие препарата на основе тиофосфорных производных алкалоидов чистотела большого // Экспериментальная онкология. - 2001. - №23. - С. 282-286.
13. Язиков Е.Г. Экогеохимия урбанизированных территорий юга Западной Сибири: дис. д-ра геолого-минерал. наук. Томск. -2006. - 423 с.
14. Fanelli G., Tescarolla P., Tosti A. Ecological indicators applied to urban and suburban floras // Ecolog. indicators. - 2006. - Vol. 6 - №2. - P. 444-467.
Сведения об авторах: Мяделец Марина Александровна, научный сотрудник лаборатории биогеохимии почв Института почвоведения и агрохимии СО РАН, кандидат биологических наук, 03.02.13, 03.02.08 630090, г. Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 8/2, тел.: 8(383)363-90-15, факс: 8(383)363-90-25,
e-mail: MarinaMyadelets@yandex.ru
Сиромля Татьяна Ивановна, научный сотрудник лаборатории биогеохимии почв Института почвоведения и агрохимии СО РАН, кандидат биологических наук, 03.02.13, 03.02.08 630090, г. Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 8/2, тел.: 8(383)363-90-15, факс: 8(383)363-90-25,
e-mail: tatiana@issa.nsc.ru
Сысо Александр Иванович, заведующий лабораторией биогеохимии почв Института почвоведения и агрохимии СО РАН, доктор биологических наук, 03.02.13, 03.02.08 630102, г. Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 8/2, тел.: 8(383)363-90-26, факс: 8(383)363-90-25,
e-mail: soils@issa.nsc.ru
