CC BY
12
УДК 546.35:581.1:633(571.13)
Н. Á. ПОНОМАРЕВА
Институт ветеринарной медицины Омского государственного аграрного университета
КОЭФФИЦИЕНТ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ РУБИДИЯ НЕКОТОРЫХ КОРМОВЫХ КУЛЬТУР ЮЖНОЙ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ОМСКОЙ ОБЛАСТИ_
Определено среднемноголетнее содержание подвижных форм рубидия в пахотном слое почвы и в некоторых кормовых культурах. Показана зависимость уровня накопления микроэлемента в зависимости от вида культуры и от метеорологических условий года. Рассчитаны значения КБП рубидия некоторых кормовых культур и установлена закономерность изменений коэффициента в зависимости от вида культуры и от метеорологических условий года.
Изучёние роли микроэлементов в жизненных процессах, определение основных факторов их накопления организмами для повышения продуктивности животноводства, профилактики и лечения болезней, вы званных избйтком или недостатком микроэлементов, является Ьдн'ой из актуальных проблем [5]. Всос-тав живых организмов входит 81 химический элемент, т. е. более 70% известных в настоящее время. В результате естественного отбора основу живых систем составляй^ только 6 элементов: углерод, кислород, водород азот, сера, фосфор, получивших название органогенов. Эти элементы составляют в организме 97,4%. Помимо органогенов в обмене веществ активно участвуют еще, по менЫией мере, 26 элементов (кальций, калий, натрий, хлор, ма!гний, железо, фтор, бор, алюминий, кремний, ванадий, хром, марганец, кЬбальт, никель, медь, цинк, мышьяк, селен, бром, стронций, молибден, кадмий, олово, йод и свинец). Возможно, что какую-то важную, но пока не выясненную физиологическую роль играют также соединения', включающие еще 49 элементов, обнаруживаемых^ ничтожных количествах [4).
По данным литературы, значительная часть элементов попадает в организм в виде ионов и распределяется в нем в соответствии с особенностями иона [ 1 ]. Основными характеристиками иона являются геохимическая валентность; радиус идеализированных шаровидных ионов; энергетический коэффициент, зависящий от величины радиуса иона; энергетический коэффициент единицы валентности; электроотрицательность и потенциал ионизации. Другими словами, распределение иона в организме определяется его положением в периодической системе Д.И. Менделеева.
Для растений одним из показателей накопления элементов является коэффициент биологического поглощения (КБП). Он представляет собой отношение содержания определенного химического элемента в золе растений к содержанию этого же элемента в питающей среде. Коэффициент биологического пог-
лощения может определяться для растительных организмов биосферы в целом, а также для определенного вида растений как в биосфере, так и в определенном регионе. Наиболее общую (биосферную) информацию дает КБП растений в целом. Он определяется по отношению среднего содержания химического элемента в растениях к кларку литосферы. Правильнее было бы брать кларки почв, но имеющиеся сейчас данные о средних содержаниях элементов в почвах недостаточно точны. Одну из первых сводок о КБП сделал в 1969 году С.М. Ткалич. Позже сводка неоднократно уточнялась [1].
Учеными Западной Сибири определено содержание в почвах (2] и растениях многих биологически важных элементов и на основании этих данных рассчитаны значения КБП элементов некоторых кормовых культур. В то же время в литературе отсутствуют сведения о КБП элементов, биологическая роль которых до конца не выяснена, в частности, рубидия -элемента I-A группы 5-го периода. Имеются сообщения, что рубидий постоянно присутствует в организме растений и животных, однако при повышенной концентрации в организме он оказывает токсическое действие [4]. В связи с этим, представлялось интересным определить КБП рубидия некоторых кормовых культур Омской области.
Исследования проводили в южной лесостепной зоне. Почва опытного участка — лугово-черноземная, маломощная, малогумусовая, тяжелосуглинистая. Содержание гумуса — 3,3%. Глубина залегания грунтовых вод — от 3 до 3.5 м, рН почвенного растворв 6,7-6,9. Исследования проводили 3 года, отличающихся по метеорологическим условиям: умеренный, повышенной влажности и засушливый. В 1-й год сумма осадков за вегетационный период соответствовала среднемно-голетним значениям, во 2-й год сумма осадков превысила среднемноголетние значения на 28%, а в 3-й год недобор осадков составил 32%. Были проанализированы образцы почвы, а также зерновых (овес, ячмень), зернобобовых (горох), овощных (свекла-корни)
и кормовых (сено злаковое, сено кострецовое и сено степных пастбищ) культур. Содержание рубидия определяли методом эмиссионной пламенной фотометрии. Статистическую обработку результатов проводили с использованием критериев Стьюдента и Фишера.
Исследование выявило, что концентрация подвижных форм рубидия в пахотном слое лугово-чер-ноземной почвы области колеблется в диапазоне 64,28-^78,41 мг/кг, причем она зависит от метеорологических условий года (табл. 1). Так, обнаружено достоверное отличие в средних значениях содержания микроэлемента в образцах почвы в годы повышенной влажности и засушливый (р<0,01). В то же время уровень рубидия в лугово-черноземной почве практически не изменяется в годы умеренной и повышенной влажности. Также не установлено достоверных отличий в средних значениях концентраций микроэлемента в образцах почвы в годы умеренной влажности и засушливый (р> 0,05).
При анализе содержания подвижных форм рубидия в некоторых зерновых и зернобобовых культурах, а именно, в ячмене, овсе и горохе, было обнаружено, что самый высокий уровень накопления этого микроэлемента наблюдается в горохе, а самый низкий - в ячмене независимо от части растения (зерно или солома) (табл.1). Средняя концентрация рубидия в образцах зерна и соломы гороха соответственно достоверно отличается от среднего содержания элемента в образцах зерна и соломы, как ячменя, так и овса (р<0,001) по каждому изучаемому году.
По результатам исследования динамики уровня накопления микроэлемента по 3 годам выявлены особенности накопления рубидия различными частями растения в зависимости от погодных условий. Так, в год умеренной влажности содержание микроэлемента в зерне и соломе гороха примерно одинаковое (р>0,05), в то время как в годы повышенной влажности или засушливые обнаруживается достоверно более высокий уровень накопления рубидия в соломе, чем в зерне (соответственно р<0,05 и р<0,001). Средние за 3 года концентрации подвижных форм этого микроэлемента в зерне и соломе гороха практически не отличаются (р>0,05).
При изучении содержания рубидия в овсе обнаружено, что закономерность по накоплению микроэлемента различными частями растения в зависимости от метеорологических условий года аналогична гороху (табл. 1). В год умеренной влажности средние значения содержания рубидия в образцах зерна и соломы достоверно не отличаются (р>0,05). В годы повышенной влажности и засушливый наблюдается более высокий уровень накопления рубидия в соломе, чем в
зерне, причем различие в средних значениях концентрации в образцах соломы и зерна является достоверным (р<0,001). В среднем за 3 года содержание рубидия в изучаемых частях овса практически остается на одном уровне (р>0,05).
При анализе уровня накопления рубидия в ячмене установлено, что для этой культуры характерно достоверное отличие в средних значениях концентрации микроэлемента в образцах зерна и соломы в годы умеренной и повышенной влажности (р<0,05), в то время как в засушливый год таких отличий не выявлено (р>0,05). В среднем за 3 года содержание рубидия в зерне и соломе овса является практически одинаковым (р>0,05) (табл.1).
В целом, анализируя концентрацию рубидия в различных частях зерновых и зернобобовых культур, можно сделать вывод, что уровень накопления рубидия в зерне и соломе варьирует в зависимости от погодных условий года, а в среднем за 3 года он практически не изменяется.
При изучении содержания рубидия в горохе в различные по метеорологическим условиям годы выявлено, что средние значения концентрации микроэлемента в образцах зерна достоверно отличаются между собой (р<0,001) , аналогичная закономерность установлена и для соломы (р<0,001).
Анализ динамики уровня накопления рубидия в овсе по 3 годам показал, что он достоверно изменяется и в зерне, и в соломе в зависимости от погодных условий года (р<0,001).
При исследовании содержания рубидия в ячмене в различные по метеорологическим условиям годы установлено достоверное повышение концентрации микроэлемента, как в зерне, так и соломе в год повышенной влажности (р^0,001), и выявлена тенденция к понижению содержания в засушливый год по сравнению с годом умеренно влажным (р>0,05). Кроме того, обнаружено достоверное отличие в средних значениях содержания рубидия в образцах зерна и соломы в годы повышенной влажности и засушливый (р<0,001).
Таким образом, уровень накопления рубидия, как в зерне, так и в соломе зерновых и зернобобовых культур в основном достоверно изменяется в зависимости от метеорологических условий года.
Исследование содержания рубидия в свекле (корни) выявило, что оно колеблется в диапазоне 9,26-н -Н 8,10 мг/кг в зависимости от погодных условий года, причем концентрация микроэлемента достоверно отличается по разным годам (р<0,001) (табл. 2). При сравнении содержания микроэлемента в свекле, в горохе, овсе и ячмене установлено, что концентрация рубидия в растительных культурах убывает в ряду: свек-
Таблица 1
Содержание подвижных форм рубидия в пахотном слое лугово-черноземной почвы и в некоторых зерновых и зернобобовых культурах южной лесостепной зоны Омской области
Метеорологические условия года Содержание подвижных форм рубидия, мг/ кг сухой массы (М±т)
Почва; п=10 Зерновая или зернобобовая культура
Ячмень; п=10 Овес; п=10 Горох; п=10
Зерно Солома Зерно Солома Зерно Солома
Год умеренной влажности 71,16±4,03 4,62±0,50 5,12±О,40 6,63±0,54 7,03±0,54 11,46±0,54 11 45±0,55
Год повышенной влажности 74,44±3,97 8,27±0,42 8,67±0,41 11,07 ±0,52 13,88±0,76 14,25±0,84 15,04±0,55
Год засушливый 68,32±4,04 4,44±0,51 4,82±0,45 3,04±0,55 4,62±0,51 6,47±0,52 7,67±0,56
Среднее содержание рубидия за 3 года 71.31±4,65 5,77±1,85 6,2111,83 6,91 ±3,38 8,51±4,03 10,73±3,34 11.38*3.12
Таблица 2
Содержание подвижных форм рубидия в пахотном слое лугово-черноземной почвы и в некоторых кормовых культурах южной лесостепной зоны Омской области
Метеорологические условия года Содержание подвижных форм рубидия, мг/ кг сухой массы (М±т)
Почва; п=10 Кормовая культура
Свекла кормовая (корни); п=10 Сено злаковое; п=Ю Сено кострецовое; п=10 Сено степных пастбищ; п=10
Год умеренной влажности 71,16±4,03 12,88±0,76 11,87±0,77 6,8410,54 5,13±0,47
Год повышенной влажности 74,4413,97 17,39±0,71 12,67±0,77 7,03±0,56 5,93±0,46
Год засушливый 68,32±4.04 9,67±0,41 5,84+0,36 5,14±0,47 2,67±0,41
Среднее содержание рубидия за 3 года 71,31±4,65 13,3113,28 10,13±3,17 6,34+1,00 4,58+1,48
ла>горох>овес>ячмень. Таким образом, максимальный уровень накопления рубидия характерен для овощных культур, а минимальный - для зерновых.
Концентрация рубидия в различных видах сена представлена в таблице 2. Самое высокое содержание микроэлемента обнаружено в сене злаковом, более низкое - в кострецовом, а самое низкое - в сене степных пастбищ независимо от метеорологических условий года. Следует отметить, что, как по каждому году, так и в целом за 3 года, средние значения концентрации рубидия в образцах различных видов сена достоверно отличаются между собой (р<0,001).
При анализе содержания рубидия в сене в динамике по годам выявлено, что оно достоверно изменяется по каждому виду сена в зависимости от погодных условий года. Так, в образцах сена злакового средние значения концентрации микроэлемента достоверно отличаются в годы умеренной и повышенной влажности с доверительной вероятностью 0,95. В годы умеренной влажности и засушливый, а также повышенной влажности и засушливый достоверность отличий средних значений в образцах этого же сена увеличивается (р<0,001).
В сене кострецовом максимальные отличия в уровне накопления рубидия наблюдаются в годы повышенной влажности и засушливый (р<0,001). Аналогичная закономерность по изменению концентрации микроэлемента в зависимости от метеорологических условий года установлена и для сена степных пастбищ (р<0,001).
Таким образом, в год повышенной влажности рубидия накапливается в различных видах сена достоверно больше, а в засушливый год-достоверно меньше, чем в год умеренной влажности.
На основании данных о содержании рубидия в почве и растениях в разные по метеорологическим условиям годы был рассчитан КБП рубидия. Данные о значениях КБП рубидия зернобобовых, зерновых и кормовых культур представлены в таблицах 3 и 4. При анализе КБП микроэлемента свеклы, гороха, овса и ячменя в динамике за 3 года выявлено, что в год умеренной влажности самые высокие значения КБП наблюдаются у овощных, более низкие - у зернобобовых, а самые низкие - у зерновых культур. Причем, следует отметить, что средние за 3 года значения КБП рубидия зерна и соломы гороха и овса практически не различаются (р>0,05). В то же время имеется достоверное отличие средних значений КБП рубидия различных частей ячменя (р<0,05).
Исследование КБП рубидия сена в год умеренной влажности показало, что самый высокий уровень поглощения микроэлемента характерен для сена злакового, а самый низкий — для сена степных пастбищ (р<0,001).
При сравнении КБП рубидия овощных, зернобобовых и зерновых культур в годповышенной влажности установлено, что самые высокие значения КБП наблюдаются у свеклы, а самые низкие - у ячменя. Причем между уровнем поглощения микроэлемента различными частями гороха и овса существует достоверное отличие (соответственно р<0,05 и р<0,001). В то же время между зерном и соломой ячменя такой зависимости не выявлено (р>0,05).
Анализ значений КБП рубидия сена в год повышенной влажности показал, что существует достоверное отличие в средних значениях концентрации микроэлемента различных видов сена (р<0,001). Самый высокий уровень поглощения микроэлемента наблю-
Таблица3
Коэффициент биологического поглощения рубидия некоторых зерновых и зернобобовых культур южной лесостепной зоны Омской области
Метеорологические условия года Коэффициент биологического поглощения рубидия (М±т)
Ячмень; п=10 Овес; п=10 Горох; п=10
Зерно Солома Зерно Солома Зерно Солома
Год умеренной влажности 0,06±0,01 0,07±0,01 0,0910,01 0,1010,01 0,1610,01 0,16+0,01
Год повышенной влажности 0,11 ±0,004 0,12±0,01 0,1510,01 0,1910,01 0,1910,01 0,2010,01
Год засушливый 0,07±0,01 0,07±0.01 0,0410,01 0,0710,01 0,0910,01 0,1110,01
Среднее значение КБП за 3 года 0,08±0,02 0,0910,02 0,0910,04 0,1210,05 0,1510,04 0,1610,04
Таблица 4
Коэффициент биологического поглощения рубидия некоторых кормовых культурах южной лесостепной зоны Омской области
Метеорологические условия года Коэффициент биологического поглощения рубидия (М±т)
Свекла кормовая (корни); п=10 Сено злаковое; п=ю Сен©; кострецовое; п=10 Сено степных пастбищ; п=10
Год умеренной влажности 0,18+0,01 0,17±0,01 0,10±0,01 0,07±0,01
Год повышенной влажности 0,23±0,01 0,17±0,01 0,09±0,01 : •■•■■ 0,06±0,01
Год засушливый 0,14±0,01 0,09±0,01 0,08±0,01 0,04±0,01
Среднее значение КБП за 3 года 0,19+0,04 0,14±0,04 0,09±0,01 0,06±0,02
дается у сена злакового, более низкий — укострецо-вого, а самый низкий — у сена степных пастбищ. При изучении КБП рубидия свеклы, гороха, овса и ячменя в засушливый год выявлена такая же закономерность по поглощению этого микроэлемента изучаемыми культурами, как и в годы умеренной и повышенной влажности. Следует лишь отметить, что КБП рубидия ■зерна и соломы гороха и овса отличается в этот год достоверно (р<0,001), аячменя — нет (р>0,05).
При исследовании КБП рубидия овощными, зернобобовыми и зерновыми культурами в зависимости от метеорологических условий года установлено, что значения коэффициента свеклы, гороха и овса достоверно снижаются по мере уменьшения числа годовых осадков (р<0,001), а КБП рубидия ячменя имеет тенденцию к снижению (р>0,05). Средние значения КБП микроэлемента различных видов сена достоверно изменяются в зависимости отпогодных условий (р<0,001).
Анализ средних за 3 года значений КБП рубидия свеклы, гороха, овса и ячменя показал, что самый высокий уровень поглощения микроэлемента характерен для овощной культуры, более низкий - для зернобобовой, а самый низкий - для зерновых культур, а именно, для ячменя. При анализе КБП рубидия различными частями растений в целом за 3 года выявлено, что средние значения КБП микроэлемента зерна и соломы достоверно не отличаются как для свеклы, так и для гороха, овса и ячменя (р>0,05).
, При исследовании значений КБП рубидия сена в среднем за 3 года обнаружено достоверное отличие в поглощении микроэлемента различными видами сена (р<0,001). Самое высокое значение КБП микроэлемента характерно для сена злакового, а самое низкое - для сена степных пастбищ.
На основе анализа средних за 3 года значений КБП рубидия растениями изучаемые культуры условно можно разделить на 2 группы: с высоким и низким значениями КБП. В 1-ю группу входят свекла, горох, сено злаковое, а во 2-ю — овес, ячмень, сено костре-цовое и сено степных пастбищ.
Таким образом, в результате исследований определено среднемноголетнее содержание подвижных
форм рубидия в пахотном слое лугово-черноземной почвы и в некоторых кормовых культурах этой поч-венно-климатической зоны лесостепи Омской области, Показана зависимость уровня накопления микроэлемента в зависимости от вида культуры и от метеорологических условий года. Рассчитаны значения КБП рубидия некоторых кормовых культур и установлена закономерность изменений коэффициента в зависимости от вида культуры и от метеорологических условий года. Достаточно низкую концентрацию рубидия в почве и растениях можно объяснить особенностями иона микроэлемента, так как известно [3], что с увеличением заряда ядра атомов увеличивается токсичность элементов и уменьшается их содержание в организме. Уменьшение содержания, очевидно, связано с тем, что многие элементы длинных периодов из-за больших атомов и ионных радиусов, высокого заряда ядра, сложности электронных конфигураций, малой растворимости соединений плохо усваиваются живыми организмами.
Литература
1. Алексеенко В, А.Основные факторы накопления химических элементов организмами. // Соровский образовательный журнал. — 2001. -№8. — С.20-24.
2. Калинин Ю.А., Росляков H.A. Экогеохимия почв равнинных ландшафтов юга Западной Сибири. //Обской вестник. - 1999. - №3-4. - С.82-90.
3. Сидоренко Г.И., Вашнова В.В., Можаев Е.А. Атомные объемы химических элементов как показатели их острой токсичности.//Гигиена и сан. - 1999— №2. — С.50-51.
4. Эмсли Дж. Элементы: Пер. с англ. - М.: Мир, 1993,- 256с.
5. Ягодин Б.А., Ермолаев A.A. Микроэлементы в сбалансированном питании растений, животных и человека.// Химия в сельском хозяйстве. - 1995. -№2-3,- С.24-26.
ПОНОМАРЕВА Наталья Александровна, доцент.
