CC BY
1УДК 502/504:582.711(571.66)
Е.В. Матвеева, В.Г. Авдощенко, А.В. Климова
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: avdoshchenkovg@mail.ru
ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ГЕНЕРАТИВНЫХ И ВЕГЕТАТИВНЫХ ОРГАНОВ ШИПОВНИКА (ROSA AMBLYOTIS) В ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ЛАНДШАФТАХ КАМЧАТСКОГО КРАЯ
Приведены данные по содержанию металлов Ba, Cu, Pb, Cr, Ni, Zn, Mn, Sr и Al в почве и в надземных органах Rosa amblyotis С.А. Mey., собранных на территории г. Петропавловска-Камчатского и Усть-Камчатского района (Камчатский край) в 2023 г. Проведенные исследования позволили выделить следующий ряд убывания по степени накопления Ba, Cu, Pb, Cr, Zn органами R. amblyotis: ветви > листья > > плоды, по степени аккумуляции Mn, Sr: листья > ветви > плоды. В наибольшей степени органы R. amblyotis накапливают Al, Mn. Механизмы накопления металлов растениями Rosa amblyotis не зависят от расположения участка сбора и факторов воздействия.
Ключевые слова: тяжелые металлы, шиповник, почва, Rosa amblyotis С.А. Mey., г. Петропавловск-Камчатский, Усть-Камчатский район, накопление, микроэлементный состав, загрязнение.
E.V. Matveeva, V.G. Avdoshchenko, A.V. Klimova
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatskу, 683003 e-mail: a vdosh chenko vg@mail.ru
THE ELEMENTAL COMPOSITION OF THE GENERATIVE AND VEGETATIVE ORGANS OF ROSEHIP (ROSA AMBLYOTIS) IN THE NATURAL AND ANTHROPOGENIC LANDSCAPES OF THE KAMCHATKA TERRITORY
The data on the content of heavy metals Ba, Cu, Pb, Cr, Ni, Zn, Mn, Sr and Al in the soil and above-ground organs of Rosa amblyotis C.A. Mey. collected on the territory of Petropavlovsk-Kamchatsky and Ust-Kamchatsky district of Kamchatka territory in 2023 are presented. The conducted studies allowed us to identify the following series of decreasing degrees of accumulation of Ba, Cu, Pb, Cr, Zn by organs of R. amblyotis: branches > leaves > > fruits, according to the degree of accumulation of Mn, Sr: leaves > branches > fruits. To the greatest extent, the organs of R. amblyotis accumulate Al, Mn. Mechanisms of accumulation of heavy metals R. amblyotis they do not depend on the location of the collection site and impact factors.
Key words: heavy metals, rosehip, soil, Rosa amblyotis C.A. Mey., Petropavlovsk-Kamchatsky, Ust-Kam-chatsky district, accumulation, trace element composition, pollution.
Шиповник тупоушковый (Rosa amblyotis С.А. Mey.) входит в список лекарственных растений. В его плодах содержатся в больших концентрациях аскорбиновая кислота, витамины, органические кислоты и жирные масла, в связи с этим его плоды и листья являются объектом массового сбора для употребления в виде отвара, варенья и др. [1]. Микроэлементный состав шиповника зависит от района произрастания, типа почвы, растительного покрова, количества осадков и других условий. Для Камчатского края характерно металлическое загрязнение, отличающееся на разных участках и зависящее не только от антропогенных источников поступления, таких как автотранспорт и теплоэлектростанции, но и от регионального природного фактора -вулканической деятельности. Часто при выборе района сбора ягод и листьев шиповника не учитывают расположение источников загрязнения и возможные последствия накопления тяжелых металлов в растениях и, как следствие, поступление их в организм человека. Каждый загрязни-
тель относится к определенной категории опасности, а также имеет разный уровень накопления органами растений [2]. В связи с этим важно понимать, какие элементы и в какой степени поглощаются и аккумулируются надземными органами R. amblyotis в разных условиях произрастания, что позволит в дальнейшем рекомендовать конкретные тяжелые металлы для оценки безопасности потребления шиповника.
Целью данной работы являлось выявление особенностей накопления металлов в надземных органах шиповника тупоушкового в Камчатском крае.
Отбор материалов для настоящей работы проводили в октябре 2023 г. на территории Камчатского края, в Усть-Камчатском районе и в г. Петропавловске-Камчатском (рисунок). Для исследований были использованы ветви, листья и плоды растений R. amblyotis, а также почвенные образцы из поверхностного горизонта. Каждая проба формировалась путем осреднения материала из пяти частных проб. Участки сбора находились на разном расстоянии от потенциальных источников загрязнения. Районы «35 км» (№ 1) и «18 км» (№ 2) удалены от п. Усть-Камчатска на 35 км и 18 км соответственно и расположены в зоне регулярных выпадений пеплов Ключевской группы вулканов. Участок «п. Усть-Камчатск» (№ 3) находится в частном секторе п. Усть-Кам-чатск, т. е. в зоне постоянного антропогенного и вулканического воздействия. Четвертая точка сбора «сопка Мишенная» (№ 4) расположена в г. Петропавловске-Камчатском, вблизи автомобильных дорог и предприятий теплоэнергетики.
Содержание металлов Ba, Cu, Pb, Cr, Ni, Zn, Mn, Sr, Al, Cd, Co, Mo в образцах определяли с помощью атомно-эмиссионного спектрометра с микроволновой плазмой AES-MP 4200 (Agilent Technologies, США). Подготовку к микроэлементному анализу предварительно высушенных при 60°С проб проводили методом мокрой минерализации в системе кислотного разложения проб Ethos UP (Milestone, Италия). Для контроля точности определений использовали стандартные образцы состава листа березы (ЛБ-1, ГСО8923-2007) и элодеи канадской (ЭК-1, ГСО8921-2007) с аттестованными значениями содержания металлов [3]. Все значения содержания элементов в почве, ветвях, листьях и плодах приведены в мг/кг сухой массы. Для оценки интенсивности накопления и поглощения металлов надземными органами шиповника использовали коэффициент биологического поглощения (КБП), путем вычисления отношения содержания элементов в золе плодов, ветвей и листьев к их валовому содержанию в почве. По интенсивности поглощения металлов растениями были выделены группы биологического накопления (КБП > 1) и биологического захвата (КБП < 1) [4].
Карта-схема районов исследования Rosa amblyotis в Камчатском крае в 2023 г. а - Усть-Камчатский район: № 1 - «35 км», № 2 - «18 км», № 3 - «п. Усть-Камчатск», б - г. Петропавловск-Камчатский: № 4 - «сопка Мишенная»
Среднее содержание металлов в исследованных пробах почв и шиповника представлено в табл. 1. Концентрация металлов в образцах почв выше, чем в растениях на участках с антропогенными и смешанными (природно-антропогенными) факторами влияния. В случае с районами, расположенными вне зоны действия антропогенных факторов, напротив, содержание Ba, Pb, Zn, в растениях выше, чем в почве. В районах «35 км», «18 км», «Мишенная сопка» Ni был определен только в растениях. В случае с растениями значимые различия выявлены в содержании
Ba, Zn, Mn, Sr и Al, основной вклад в общее содержание металлов вносят три последних элемента. Стоит отметить, что концентрации Cd, ^ и Mo в почве и в надземных органах растений находились ниже предела их обнаружения.
Таблица 1
Среднее содержание металлов в почве и в Rosa amblyotis в исследованных районах Камчатского края в 2023 г.
Фактор воздействия Район сбора Тип пробы Ba Cu Pb Cr Ni Zn Mn Sr Al
Природные 35 км, 18 км почва 53,26 38,41 6,92 37,45 - 28,43 256,2 2 843,8 18 517
растение 231,48 27,28 16,87 20,59 20,69 64,91 869,7 305,0 611,1
Антропогенные Мишенная сопка почва 87,13 35,72 17,94 21,98 - 146,85 335,3 3 271,5 25 078
растение 49,48 15,60 9,92 13,75 10,15 44,60 145,1 110,6 388,7
Смешанные п. Усть-Камчатск почва 93,02 35,79 103,12 31,78 15,27 128,59 419,8 3 116,5 16 440
растение 58,15 13,38 10,30 8,16 6,56 68,15 114,5 71,7 328,5
На основе полученных данных возможно построить ряд уменьшения суммарного содержания элементов в надземных органах Я. ашЫуойз на каждом участке. Так, в ветках последовательность концентрации элементов выглядит следующим образом:
- для участка «35 км» Al > Mn > Ba > Sr > Zn > ^ > & > № > Pb,
- для участка «18 км» Al > Mn > Sr > Ba > Zn > № > ^ > & > Pb,
- для участка «Мишенная сопка» Al > Sr > Zn > Mn > Ba > & > ^ > № > Pb,
- для участка «п. Усть-Камчатск» Al > Zn > Ba > Mn > Sr > ^ > & > Pb > №.
В листьях шиповника ряд убывания представлен следующей последовательностью:
- для участка «35 км» Mn > Al > Sr > Ba > Zn > ^ > Pb > Cr > №,
- для участка «18 км» Mn > Al > Sr > Ba > Zn > Cu > Pb > № > &,
- для участка «Мишенная сопка» Al > Mn > Sr > Ba > Zn > Cu > Pb > Cr > №,
- для участка «п. Усть-Камчатск» Al > Mn > Sr > Zn > Ba > Pb > Cu > & > №.
В плодах шиповника ряд убывания имеет следующую последовательность:
- для участка «35 км» Mn > Sr > Al > Ba > Zn > №,
- для участка «18 км» Mn > Sr > Al > Ba > Zn > Cu > Pb > № > &,
- для участка «Мишенная сопка» Sr > Mn > Al > Zn > Ba > Cu > Pb > Ni >
- для участка «п. Усть-Камчатск» Al > Sr > Mn > Zn > Ba > Pb > Cu > & > №.
На участке «35 км» в плодах не обнаружены & и Pb. Следует отметить, что генеральные ряды убывания суммарного содержания элементов для разных органов шиповника схожи, в меньшей степени накапливается свинец, относящийся к классу высокоопасных загрязнителей, в наибольшей степени аккумулируются А1 и Мп.
Для оценки степени захвата и накопления отдельных элементов был определен коэффициент биологического поглощения (КБП) надземными органами растений Я. ашЫуойз (табл. 2).
В районах «35 км» и «18 км» Ba, Pb, Zn относится к элементам накопления в ветвях, Ba, Pb, Mn аккумулируется в листьях. На участках «Мишенная сопка», «п. Усть-Камчатск» Ва, Си, РЬ, Сг, Zn, Mn, Sr, Al относятся к элементам биологического захвата. Наибольшие величины коэффициента выявлены в районах «35 км» и «18 км», что может быть связано с высоким уровнем природного загрязнения, близким расположением активных вулканов, а также с отсутствием механизмов, препятствующих поглощению металлов из почвы.
Таблица 2
Коэффициент биологического поглощения надземными органами Rosa amblyotis в районах исследований Камчатского края в 2023 г.
Район КБП Ba Cu Pb Cr Ni Zn Mn Sr Al
35 км ветви 3,55 0,50 1,12 0,45 - 1,70 0,43 0,03 0,02
листья 2,72 0,21 1,08 0,12 - 0,51 2,09 0,05 0,02
плоды 0,61 0 0 0 - 0,53 0,28 0,02 0,002
18 км ветви 0,72 0,18 0,66 0,17 - 0,50 0,55 0,02 0,007
листья 0,62 0,16 0,63 0,08 - 0,29 2,10 0,03 0,005
плоды 0,10 0,10 0,51 0,06 - 0,18 0,29 0,008 0,0006
Мишенная сопка ветви 0,17 0,23 0,27 0,49 - 0,19 0,08 0,01 0,01
листья 0,37 0,16 0,24 0,11 - 0,098 0,33 0,02 0,005
плоды 0,07 0,12 0,14 0,08 - 0,05 0,05 0,007 0,0006
п. Усть-Камчатск ветви 0,35 0,22 0,04 0,15 0,20 0,29 0,08 0,01 0,01
листья 0,25 0,12 0,05 0,09 0,18 0,21 0,18 0,01 0,008
плоды 0,06 0,095 0,04 0,07 0,14 0,08 0,04 0,006 0,004
Во всех случаях значения КБП металлов, рассчитанные для плодов, были меньше, чем в других органах, исключением является значение коэффициента для цинка на участке «35 км». Можно выделить следующий ряд убывания по степени накопления Ba, Cu, Pb, Cr, Zn органами R. amblyotis: ветви > листья > плоды, по степени аккумуляции Mn, Sr: листья > ветви > плоды. Вероятно, ветви и листья растения выполняют барьерную функцию и предотвращают поступление металлов в плоды.
Полученные данные позволяют сделать вывод, что плоды и листья шиповника не являются аккумуляторами проанализированных металлов, вне зависимости от района их произрастания. Следует отметить, что ранее аналогичные выводы были сделаны для растений этого вида, произрастающих вблизи магистральных дорог и улиц г. Петропавловска-Камчатского [5]. Также, в Камчатском крае исследования микроэлементного состава R. amblyotis осуществлялись в Бы-стринском районе Е.В. Дульченко, в результате было обнаружено превышение Ba, Cu, Pb, Ag, Sr и Mo над фоновыми значениями в несколько раз [6].
В работах других авторов были изучены плоды шиповника майского (Rosa majalis Herrm.), произрастающий в Оренбурской [7-9], Кемеровской [10], Курской [11] и Свердловской [12] областях, анализ плодов показал превышение ПДК некоторых тяжелых металлов в несколько раз, однако в стеблях было обнаружено более высокое содержание Cu, Zn и Pb, что, вероятно, также связано с наличием защитного механизма у обсуждаемых видов [3].
Таким образом, было выявлено, что в условиях Камчатского края накопление металлов у растений Rosa amblyotis в большей степени происходит в листьях и ветвях, в плодах элементы содержались в меньших концентрация, а некоторые находились в диапазоне ниже предела обнаружения метода. Однако целью данной работы не являлось рассмотрение шиповника как лекарственного сырья или продукта питания, поэтому оценка пригодности использования органов растения для употребления будет проводится в дальнейшем.
Литература
1. Замятина Н.Г. Лекарственные растения. Энциклопедия природы России. - М.: ABF, 1998. - 496 с.
2. СанПиН 2.1.7.1287-03. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы. -М.: Министерство здравоохранения Российской Федерации, 2007. - 16 с.
3. Характерные свойства стандартных образцов кластера «растения» в коллекции ИГХ СО РАН / Е.В. Шабанова, И.Е. Васильева и др. // Эталоны. Стандартные образцы. - 2021. - № 3. -С. 45-61.
4. Ильин В.Б., Степанова М.Д. Химические элементы в системе почва - растение. - Новосибирск: Наука, 1982. - 73 с.
5. Авдощенко В.Г., Климова А.В. Содержание тяжелых металлов в растениях города Петро-павловска-Камчатского (Камчатский край) в 2017-2018 гг. // Вестник КамчатГТУ. - 2020. -№ 54. - С. 49-60.
6. Дульченко Е.В. Средние фоновые значения микроэлементов в золе грунтов, почв, жимолости и шиповнике (Центральная Камчатка) // Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей: Материалы XVI Междунар. науч. конф., посвящ. 20-летию образования природных парков на Камчатке. - 2015. - С. 170-174.
7. Русанов А.М., Турлибекова Д.М. Тяжелые металлы в плодах шиповника парков города Орска // Вестник оренбургского государственного университета. - 2011. - № 12. - С. 299-300.
8. Скворцова Т.А. Содержание тяжелых металлов в плодах Rosa majalis Herrm., произрастающего в парковых зонах города Оренбурга // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2017. - № 8. - С. 80-82.
9. Щебланова М.А. Накопление тяжелых металлов в плодах шиповника майского (Rósa majális), произрастающего на территории г. Бузулука // В мире научных открытий: Материалы XIII Междунар. науч.-практ. конф. - 2014. - С. 1-4.
10. Неверова О.А., Егорова И.Н. Оценка качества плодов шиповника (Rosa majalis Herrm.), произрастающего на породном отвале угольного разреза в условиях Кемеровской области // Техника и технология пищевых производств. - 2015. - № 3. - С. 139-141.
11. Лукьянчикова О.В., Шевченко Д.В. Содержание тяжелых металлов в плодах шиповника майского как фактор ухудшения здоровья населения // Академическая наука на службе обществу. - 2022. - С. 329-336.
12. Трубина М.Р., Мухачева С.В., Безель В.С., Воробейчик Е.Л. Содержание тяжелых металлов в плодах дикорастущих растений в зоне аэротехногенного воздействия Среднеуральского медеплавильного завода (Свердловская область) // Растительные ресурсы. - 2014. - № 1. - С. 67-80.
