Фитоэкстракция цинка растительностью урбоэкотопов города Курска в сравнении с культурными растениями Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 631.453

ФИТОЭКСТРАКЦИЯ ЦИНКА РАСТИТЕЛЬНОСТЬЮ УРБОЭКОТОПОВ ГОРОДА КУРСКА В СРАВНЕНИИ С КУЛЬТУРНЫМИ РАСТЕНИЯМИ

© 2013 Н. П. Неведров1, Е. П. Проценко2

1 аспирант каф. общей биологии и экологии e-mail: [email protected] 2докт. сельскохозяйственных наук, профессор каф. общей биологии и экологии e-mail: kaf-ecolbiol@yandex. ru

Курский государственный университет

Изложены данные по содержанию цинка в почвах, дикорастущих и культурных видах растений г. Курска и Курской области. Отмечено превышение норм ПДК по содержанию подвижной формы тяжелого металла в почве. Дикорастущие виды растений проявляют устойчивость к высокому содержанию цинка в почвах и низкую фитоэкстракционную способность. Фитоэкстракция цинка у культурных растений значительно выше, чем у изученных нами невозделываемых видов.

Ключевые слова: фитоэкстракция, дикорастущие виды, культурные растения, цинк, устойчивость, накопление.

В наши дни, в связи с мощным антропогенным прессом на окружающую среду, содержание разнообразных поллютантов в биологических системах стремительно растет. Опасными загрязнителями среды являются тяжелые металлы (ТМ), которые депонируются, иногда в огромных количествах, в окружающей среде и живых организмах, вызывая тем самым необратимые последствия в экосистемах. Поступая в больших количествах в растительные или животные организмы, они вызывают у них депрессию, отклонения в физическом развитии, различного рода заболевания и гибель [Неведров и др. 2012; Прусаченко 2011].

Очень часто загрязнению ТМ, в отдельных регионах в десятки раз превышающему предельно-допустимые значения, подвергаются почвы

урбанизированных территорий.

В Курской области одним из основных загрязнителей почв среди ТМ является цинк. Исследования последних лет показали, что содержание цинка в почвах отдельных районов г. Курска может достигать 2,7 г/кг, что в 27,7 раза превышает предельно допустимое значение [Неведров и др. 2012]. Актуальным является вопрос о реакции дикорастущих видов травянистых растений на чрезмерное содержание ТМ в почвах [Прохорова и др. 1998]. В современной литературе сравнительно мало данных о содержании ТМ в дикорастущих растениях урбоэкотопов.

Нами изучалась способность дикорастущих травянистых растений урбоэкотопов к накоплению цинка в надземной биомассе, в сравнении с культурными растениями, выращенными на загрязненной цинком серой лесной почве Курской области. В ходе исследования были отобраны 6 видов растений в трех точках города. Места отбора растительных и почвенных образцов были выбраны не случайно. Отбор почв проводился в трех административных округах города вблизи автодорог с плотным транспортным потоком (рис.): «Экотоп-1» - участок расположен на склоне автодороги рядом с новым Кировским мостом по ул. Ахтырская на правом берегу р. Тускарь, проективное покрытие травостоя - 30%, средняя высота травостоя - 25 см, максимальная - 1 м.; «Экотоп-2» - газон парка им. героев Гражданской войны,

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

проективное покрытие - 40%, высота травостоя - 15 см; «Экотоп-3» - пустырь вблизи моста Магистрального проезда, проективное покрытие - 35%, высота травостоя -40 см.

Места отбора почвенных и растительных образцов

В указанных экотопах отбирались доминантные виды растений:

• Подорожник большой (лат. Plantago major) [Губанов 2004];

• Одуванчик полевой (лат. Taraxacum officinale);

• Энотера двулетняя (лат. Oenothera biennis) [Никифоров 1992];

• Люцерна серповидная (Medicago falcata L.);

• Циклахена дурнишниколистная (Cyclachaena xanthiifolia) [Виноградова и др. 2009];

• Дурнишник беловатый (Xanthium albinum) [Губанов 2003].

В качестве контроля были взяты культурные растения горчицы сарептской Brassica juncea (L.) и ячменя обыкновенного Hordeum vulgare (L.), выращенные на искусственно загрязненной цинком серой лесной почве агробиостанции Курского государственного университета. Доза загрязнения составляла 2 ПДК (200 мг/кг).Измерение массовых концентраций цинка в почвенных и растительных образцах проводилось на базе аккредитованного «Испытательного центра Курского государственного университета» методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторе ТА 4. Пробоподгоовка и анализ проб выполнены в соответствии с методикой МУ 31-04/04, ФЗ.1.31.2004.00986 [Методика выполнения измерений... 2004].

В результате исследования установлено, что в «Экотопе-1» содержание подвижной формы цинка в почве превышает предельно допустимое значение в 0,7 раз. В остальных двух исследуемых нами экотопах превышения ПДК не обнаружено (табл. 1).

Ученые записки: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2013. № 4 (28)

Неведров Н. П., Проценко Е. П. Фитоэкстракция цинка растительностью урбоэкотопов города Курска

в сравнении с культурными растениями

Таблица 1

Содержание подвижных форм ТМ в серых лесных почвах урбаэкотопов г. Курска

Место отбора проб почвы Экотоп № Административный округ г. Курска Содержание подвижных форм Zn в почвах мг/кг

Кировский мост 1 Железнодорожный 33

Парк героев Гражданской войны 2 Центральный 19

Мост. Магистральный проезд 3 Сеймский 11

Агробиостанция КГУ (контроль) 4 Курский район 22,6

ПДК подвижных форм ТМ: Zn - 23 мг/кг, Си -3 мг/кг [Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2041-06]

Самая высокая концентрация цинка в изучаемых нами дикорастущих видах растений зафиксирована у побегов подорожника большого - 31,7 мг/кг. Содержание цинка не превышает ПДК для растений ни в одном из исследуемых нами дикорастущих видов. Минимальное накопление цинка наблюдалось у дурнишника беловатого.

Культурные растения, напротив, отличаются высокой способностью к накоплению цинка. Содержание металла в побегах как ячменя, так и горчицы в 2,7 и в 2,4 раза выше предельно допустимого значения (табл. 2). Данные растения являются гипераккумуляторами цинка, их перспективно использовать в целях очистки загрязненных цинком почв Курской области.

Таблица 2

Содержание ТМ в дикорастущей растительности урбаэкотопов г. Курска

Растение Экотоп № Содержание Zn в растениях мг/кг

Циклахена дурнишниколистная 1 24,9

Дурнишник беловатый 1 12,9

Подорожник большой 2 31,7

Одуванчик полевой 2 20,9

Энотера двулетняя 3 22,9

Люцерна серповидная 3 20,1

Горчица сарептская 4 120,0

Ячмень обыкновенный 4 135,0

ПДК ТМ в растениях: Zn - 50 мг/кг, Си -10 мг/кг [Предельно допустимые концентрации ...1986]

Коэффициент биологического накопления (КБН) ТМ растениями - это отношение содержания ТМ в растении (Ср) к содержанию их подвижных форм в почве (Сп):

КБН = Ср / Сп.

Расчет данного коэффициента позволяет нам рассмотреть аккумулирующую способность изучаемых нами видов растений. Наиболее высокий КБН цинка у культурных растений, в 2-3 раза выше, чем у дикорастущих видов. КБН ячменя и горчицы отличаются незначительно. В почвах с повышенным содержанием цинка коэффициент накопления у дикорастущих видов растений, значительно ниже такового, чем у растений, произрастающих на почвах с нормальным содержанием металла (табл. 3). Это объясняется активацией физиологических барьеров, препятствующих

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

поступлению чрезмерного количества токсиканта в организм растения, то есть реакцией на стресс-фактор [Квеситадзе и др. 2005].

У культурных же растений проявляется способность к депонированию большого количества цинка в надземных органах, при этом морфофизиологические показатели существенных изменений не претерпевают, показатели биомассы и длины побегов в пределах нормы, растения хорошо цветут и плодоносят.

Таблица 3

Коэффициент биологического накопления Zn растениями

Растение Коэффициент биологического накопления Zn

Циклахена дурнишниколистная 0,7

Дурнишник беловатый 0,4

Подорожник большой 1,6

Одуванчик полевой 1,1

Энотера двулетняя 2,0

Люцерна серповидная 1,8

Гулявник Лёзеля 0,8

Горчица сарептская 5,3

Ячмень обыкновенный 5,9

Таким образом, исследуемые дикорастущие травянистые растения накапливали цинк в количествах, не превышающих показатели ПДК, как в незагрязненных цинком почвах, так и в экотопах с превышением норм ПДК ТМ в почве, то есть проявляют низкую способность к фитоэкстракции цинка. Сорные растения, собранные с «Экотопа-1», проявляют толерантность к повышенному содержанию металлов в почве, накопления в растениях здесь минимальны. Культурные растения ведут себя иначе, демонстрируя сравнительно высокую фитоэкстракционную способность в отношении к цинку.

Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации для поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук МК-2293.2013.4.

Библиографический список

Виноградова Ю. К., Майоров С. Р., Хорун Л. В. Циклахена дурнишниколистная // Черная книга флоры Средней России (Чужеродные виды растений в экосистемах Средней России). М.: ГЕОС, 2009. С. 161-169.

Губанов И. А. 1201. Plantago major L. s.l. (incl. P. intermedia DC., P. major L. subsp. intermedia (DC.) Arcang.) — Подорожник большой // Иллюстрированный определитель растений Средней России: в 3 т. М.: Т-во науч. изд. КМК, Ин-т технолог. иссл., 2004. Т. 3. Покрытосеменные (двудольные: раздельнолепестные). С. 240.

Губанов И. А. 941. Oenothera biennis L. — Ослинник двулетний // Иллюстрированный определитель растений Средней России: в 3 т. М.: Т-во науч. изд. КМК, Ин-т технолог. иссл., 2003. Т. 2. Покрытосеменные (двудольные: раздельнолепестные). С. 596.

Квеситадзе Г. И., Хатисашвили Г. А., Садунишвили Т. А., Евстигнеева З. Г.

Метаболизм антропогенных токсикантов в высших растениях / Ин-т биохимии им. А.Н. Баха. М.: Наука, 2005. 199 с.

Неведров Н. П., Проценко Е. П., Кузнецов А. Е. Использование ячменя обыкновенного Hordeum vulgre (L.) в целях фиторемедиации // Теоретические и практические аспекты

Ученые записки: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2013. № 4 (28)

Неведров Н. П., Проценко Е. П. Фитоэкстракция цинка растительностью урбоэкотопов города Курска

в сравнении с культурными растениями

естественных и математических наук: материалы междунар. заоч. науч.-практической конф. (24 декабря 2012 г.). Новосибирск: СибАК, 2012. С. 115-120.

Никифоров Ю .В. Алтайские травы-целители. Горно-Алтайск: Юч-Сумер -Белуха, 1992.

Прохорова Н. В., Матвеев Н. М., Павловский В. А. Аккумуляция тяжелых металлов дикорастущими и культурными растениями в лесостепном и степном Поволжье. Самара: Самарский ун-т, 1998. 131 с.

Прусаченко А. В. Экотоксикологическая оценка загрязнений тяжелыми металлами урбаноземов города Курска: автореф. дис. ... канд. биол. наук. М., 2011. 19 с.

Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые

концентрации (ПДК) химических веществ в почве.

Предельно допустимые концентрации тяжелых металлов в продовольственном сырье и пищевых продуктах / САНПИН 42-123-4089-86 от 31.03.86

Методика выполнения измерений массовых концентраций цинка, кадмия, свинца, и меди методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторах типа ТА. Томск: Изд-во ТПУ, 2004. 23 с.