Научная статья на тему 'Микроэлементы в дикорастущем травостое Джусинского колчеданно-полиметаллического месторождения'

Микроэлементы в дикорастущем травостое Джусинского колчеданно-полиметаллического месторождения Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
88
23
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДЖУСИНСКОЕ КОЛЧЕДАННО-ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ / ТИПОМОРФНЫЙ КОМПЛЕКС ЭЛЕМЕНТОВ / БИОГЕОХИМИЧЕСКОЕ ОПРОБЫВАНИЕ / КОВЫЛИ STIPA LESSINGIANA / ПОЛЫНИ ARTEMISIA AUSTRIACA / DZHUSINSKY PYRITE-POLYMETALL DEPOSIT / TYPOMORPHIC COMPLEX OF ELEMENTS / BIOGEOCHEMICAL TESTING / STIPA LESSINGIANA FEATHER GRASS / ARTEMISIA AUSTRIACA WORMWOOD

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Черняхов Валентин Борисович, Щеглова Елена Григорьевна

В статье рассмотрены особенности распределения микроэлементов в степях и корнях ковылей и полыни, произрастающих на участке Джусинского месторождения. Отмечено, что растительный покров, как и почвенный, полностью наследует весь спектр элементов-индикаторов исходных рудных тел и их первичных ореолов. Полиметаллический состав руд проявляется в существенном превышении в растительном покрове Pb и Zn. Показано, что элементы, завершающие ряды миграции, содержатся в растениях в пониженных значениях. Особо высоких концентраций в растительном покрове достигает серебро.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Черняхов Валентин Борисович, Щеглова Елена Григорьевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MICROELEMENTS IN THE WILD-GROWING GRASS STAND OF DZHUSINSKY PYRITE-POLYMETALLS DEPOSIT

The article is focused on the peculiarities of microelements distribution in the stems and roots of feather grasses and wormwood growing on the territory of the Dzhusinsky deposit. It is noted that both the vegetation cover and the soil in the area inherit in full the whole spectrum of elements, being indicators of the original ore deposits and their primary aureols. The polymetallic composition of the ores manifests itself in a significant excess of Pb and Zn in the vegetative cover. It is shown that the elements completing the migration series are contained in plants in lower amounts. It is stressed that silver microelements were observed in the vegetative cover in the highest concentration.

Текст научной работы на тему «Микроэлементы в дикорастущем травостое Джусинского колчеданно-полиметаллического месторождения»

По результатам проведённого исследования следует отметить, что молочайно-пырейно-житняковое сообщество, развивающееся в непосредственной близости к промышленному предприятию и находящееся на территории г. Орска, обладает наибольшей жизнеустойчивостью и высокой адаптивностью к сложившимся техногенным условиям, но при этом баланс гумуса незначителен, а в исследуемых блоках фитоценоза отмечается максимальное содержание ТМ. Грудницево-залесскоковыльное сообщество, расположенное в 30 км от промзоны, обладает также высокой жизнеспособностью и адаптивностью, при этом показатели баланса гумуса имеют наилучшее значение среди исследуемых участков, а в основных блоках этого фитоценоза содержание тяжёлых металлов незначительно.

В растительных сообществах, развивающихся в зоне Орско-Новотроицкого промышленного узла, наиболее активно накапливаются Мп и №, в меньшей степени Cd, Со и РЬ. Отклонение от ПДК в сторону превышения, увеличивающееся к концу вегетационного периода, отмечено во всех блоках исследуемых сообществ. По мере приближения к промузлу концентрация ТМ увеличивается во всех исследуемых блоках растительных сообществ.

Отмечено сходство показателей содержания ТМ между залесскоковыльно-полынково-типчаковым и молочайно-пырейно-житняковым сообществами,

что связано с приблизительно одинаковым удалением от источника загрязнения, а также залес-скоковыльным и грудницево-залесскоковыльным сообществами, для которых характерно сходство видового состава.

Вывод. Оценивая состояние и развитие исследуемых сообществ, можно сделать вывод, что фитоце-нозы, развивающиеся в зоне Орско-Новотроицкого промышленного узла, адаптированы к сложившимся условиям и являются жизнеспособными. Изучаемые растительные сообщества выходят из кризисного состояния путём изменения направленности процессов, с учётом сложившихся климатических и экологических условий.

Литература

1. Чикенёва И.В. Эколого-биогеохимическая оценка растительного покрова зоны влияния Орско-Новотроицкого промышленного узла: дисс. ... канд. биол. наук. Оренбург, 2009. 174 с.

2. Чикенёва И.В., Кин Н.О. Динамика растительного покрова развивающегося в условиях воздействия промышленных предприятий (на примере Орско-Новотроицкого промузла Оренбургской области) // Естественные и технические науки. 2007. № 6 (32). С. 77-83.

3. Чикенёва И.В., Кин Н.О., Климентьев А.И. Продукционно-деструкционный процесс в подземных органах растительных сообществ Орско-Новотроицкого промузла // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2008. № 2 (18). С. 217-219.

4. Чикенёва И.В. Агроэкологическая оценка качества почвы, находящейся под техногенным прессом Орско-Новотроицкого промышленного узла // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2014. № 5 (49). С. 171-174.

Микроэлементы в дикорастущем травостое Джусинского колчеданно-полиметаллического месторождения

В.Б. Черняхов, к.г.-м.н., Е.Г. Щеглова, к.б.н., ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ

Джусинское месторождение расположено к югу от железнодорожной станции Теренсай Адамовского административного района Оренбургской области. Сейчас оно отрабатывается для нужд Гайского ГОКа [1]. Распределение микроэлементов как в почвообра-зующих породах, так и в почвенном покрове участка месторождения изучено достаточно подробно [2, 3].

Материал и методы исследования. Целью данного исследования являлось изучение распределения микроэлементов в дикорастущем травостое участка месторождения.

Задача, поставленная перед исследованием, заключалась в оценке соответствия спектра микроэлементов в растительном покрове спектру микроэлементов в исходном рудном объекте и почвенном субстрате, на котором произрастает эта растительность.

Методика исследования полностью соответствует действующим инструктивным указаниям и описана в ранее опубликованных работах [4, 5].

Результаты исследования. Судя по полученным данным, характер почвенного покрова Джусинского месторождения определяется его положением в зоне южных чернозёмов и наличием крупной водной артерии — р. Джусы, пересекающей участок с северо-востока на юго-запад. Пенепленезиро-ванный характер участка обусловил значительное меандрирование реки и наличие широкой гаммы аллювиальных отложений, свойственных равнинным рекам. К руслу реки с севера близко подступают контуры ортоэлювиальных ландшафтов с резко переменной мощностью эллювиального покрова. В совокупности это определило пестроту почвенного покрова. Последнее усугубляется значительной солонцеватостью и солончаковостью, имеющей сложный генезис. Преобладающая роль принадлежит чернозёмам южным, подчинённая — лугово-болотным разностям. Наиболее эродированной является северо-западная часть участка. Контуры ландшафтов на маломощном элювии (0,2 м) имеют вытянутую форму согласно простиранию пород, наиболее устойчивых к выветриванию. Последние

обрамляются участками с корой выветривания мощностью до 5 м и более. В общей сложности ортоэлювиальные ландшафты охватывают не менее 30% площади рассматриваемого участка.

Как почвообразующие породы, так и сами почвы на участке месторождения характеризуются повышенным содержанием элементов: надруд-ных — Pb, Ag, рудных — Cu, Zn и подрудных — Co, Mo, свойственных соответствующим срезам рудных тел рассматриваемого месторождения.

Расположение рудных тел под перекрывающими экранирующими речными отложениями привело к тому, что значительная часть рудных элементов благодаря сорбции, хемосорбции оказались прочно закреплёнными. В итоге ореолы рудных элементов в почвенном покрове участка оказались маловыразительными, что затруднило обнаружение рудных тел. Исключением является только молибден. Именно по потоку этого элемента и было обнаружено месторождение.

Водораздельные и склоновые части изучаемого участка покрыты разнообразной по видовому составу растительностью — ковыльно-полынно-разнотравными (Stipa capillata, Artemisia austriaca, Festuca ovina, Thymus serpyllum, Diantus campestris, Phlamis tuberosa) ассоциациями. Степень покрытия здесь не превышает 40%. Растения весьма низкорослые.

В пределах контура рудного тела месторождения, несмотря на близость реки, растительность очень плохо развита и представлена преимущественно ковылём (Stipa pennata) и полынью (Artemisia austriaca). Степень покрытия снижается до 20%.

Русло реки покрыто Typha angustifolia, Scirpus lacustris. Свободное пространство реки представлено отдельными блюдцами.

Восточная часть участка — низкая песчанистая терраса, покрытая Stipa pennata, Artemisia austriaca, Festuca ovina, Thymus serpyllum. Растительность низкорослая, выбитая. Степень проектного покрытия — 40%.

На площадках гербаризации растений повышенная минерализация пород палеозоя обусловила превышение над кларками рудных элементов всего рассматриваемого комплекса в почвообразующих породах. Особенно велики оказались превышения по меди и кобальту. В пределах самого рудного поля превышение над кларками ещё более ощутимо, особенно для элементов, свойственных полиметаллическим месторождениям: для свинца превышение достигает 5,5, для цинка — 2,4 и т.д. В почвенном покрове, наследующем состав подстилающих пород, вышеизложенные закономерности сохраняются.

Растительность, наследующая состав питающей среды почвообразующих пород и почвенного покрова, также несёт повышенное относительно кларков содержание меди, цинка, свинца, серебра, молибдена (рис.). В эту группу вошли элементы,

обладающие высокими и средними миграционными способностями, за исключением свинца. Повышенное содержание в растениях последнего следует связать с полиметаллическим составом руд рассматриваемого месторождения. Элементы, завершающие ряды миграции — барий и кобальт, содержатся в растениях в количествах, близких к кларкам.

В условиях рудного поля среднее содержание элементов в растениях относительно кларков составляет: Си — п,0 • 10-3%, в опробованных растениях на участке в контуре рудного тела существенно возрастает - до 24,0 • 10-3%, Zn - n,0 • 10-3% и 60,0 • 10-3%, РЬ - 0,п-10-3% и 6,0 • 10-3%, Ва - 10п • 10-3% и 50-10-3%, Ag - кларк не установлен, в условиях участка - 3,0 • 10-3%, Со - 0,п • 10-3% и 1,5 • 10-3%, Мо - 0,п • 10-3% и 1,3 • 10-3% соответственно.

О распределении рудных элементов в сопряжённых компонентах ландшафта позволяют судить коэффициенты аномальности, рассчитанные по усреднённым данным для площадок опробования (табл.). В почвообразующих породах к элементам, имеющим максимальные коэффициенты аномальности, относятся РЬ и Zn - типоморфные для колчеданно-полиметаллических месторождений.

В почвах над рудными телами накапливаются Мо и Zn, т.е. элементы, обладающие наибольшей проникающей способностью в условиях перекрытых объектов Южного Урала.

В растительности, наоборот, во главе рядов аномальности стоит Ag (Ка=75,0), т.е. элемент, обладающий максимальной миграционной способностью в условиях щелочной среды из рассматриваемого нами комплекса и высокой концентрирующей способностью растений при биологическом поглощении.

В стеблях злаков во главе ряда стоит Мо (Ка= 5,0). При меньшей миграционной способности, чем у Ag, он имеет столь же высокую энергию биологического накопления. Заканчивают ряды Ка Со и Ва — элементы с минимальной миграционной способностью в рассматриваемых условиях. Ряд коэффициентов аномальности для стеблей Artemisia austriaca имеет некоторые особенности, проявляющиеся в повышении Ка у РЬ, обладающего ограниченной миграционной способностью, что обусловлено наличием на месторождении полиметаллических руд.

Ранее при сопоставлении с кларками содержаний элементов в породах и почвах отмечалась близость последних. Об отсутствии разбаланси-ровки в составе и содержании рудных элементов между породами и почвами свидетельствует ряд, построенный по отношениям рудных элементов в них. В корнях растений относительно пород и почв наблюдаются существенные изменения в балансе элементов. В условиях нормального поля в корнях растений накапливается преимущественно Zn, в условиях рудного поля - Ag (Кбп= 15,0), Cu

Рис. - Содержание меди, цинка, свинца, серебра в растительной среде Джусинского колчеданно-полиметал-лического месторождения

(Кбп = 4,6) и ряд других элементов. Наименьшее накопление характерно для Co, как элемента под-рудного среза.

В стеблях относительно пород в условиях рудного поля у Artemisia austriaca Ка Ag достигает 150,0. По-прежнему накапливается Cu, а также Zn. Заканчивает ряды CÜ.

В стеблях относительно корней наблюдается дальнейшее обогащение серебром (для Artemisia austriaca в условиях рудного поля Ка составляет 30).

Ag является базипетальным элементом, что было прослежено и на других объектах территории. К акропетальным элементам относятся Cu, Mo, Co, т.е. элементы средней и низкой миграционной способности в условиях нейтральной среды.

В Artemisia austriaca относительно Stipa lessingiana наиболее высоким коэффициентом аномальности характеризуется Ag - 10,0. Вторым по значимости является Мо. Ка большинства элементов в растениях ниже, чем в остальных сопряжённых средах.

Ряды коэффициентов аномальности рудных элементов в стеблях и корнях растений, почвах и почвообразующих породах Джусинского месторождения

Объект Ряды коэффициентов аномальности

Стебли Stipa lessingiana Artemisia austriaca Mo 5,0 >Ag 3,3 >Cu 2,5 >Pb 1,6 = Ba 1,6 > Co 1,1 >Zn 1,0 Ag 75,0 > Pb 3,0 > Mo 2,7 > Cu 2,5 > Zn 2,4 > Co 1,1 > Ba 1,0

Корни Stipa lessingiana Artemisia austriaca Ag 6,0 > Co 2,0 >Mo 1,8 >Cu 1,6 >Pb 1,0 = Ba 1,0 = Co 1,0 Ag 2,0 = Cu 2,0 > Mo 1,3 >Zn 1,0 = Pb 1,0 = Ba 1,0 = Co 1,0

Почвы Почвообразующие породы Mo 2,0 > Zn 1,7 > Co 1,5 > Cu 1,4 > Pb 1,0 = Ba 1,0 = Ag 1,0 Zn 2,0 >Pb 1,8 >Cu 1,5 >Ba 1,1 = Co 1,1 >Ag 1,0 = Mo 1,0

Это обусловлено экранирующими ландшафтно-геохимичеекими условиями на участке. Несмотря на это, глубоко проникающие корни растений способны поглощать из подпитывающих вод и вмещающих их сред практически беспредельное количество Аё, обусловливая исключительно высокие коэффициенты аномальности этого элемента — до 75 (табл.).

Выводы. Растительный покров, как и почвенный, полностью наследует весь спектр элементов-индикаторов исходных рудных тел и их первичных ореолов.

Полиметаллический состав руд проявился в существенном превышении в растительном покрове РЬ и Zn относительно других элементов.

Элементы, завершающие ряды миграции, содержатся в растениях в пониженных значениях.

Максимальное накопление в растительном покрове участка характерно для Ag, как и на других

месторождениях изучаемой территории.

Литература

1. Гайский ГОК. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2004. 148 с.

2. Черняхов В.Б. Минералого-геохимическая характеристика коры выветривания на Джусинском колчеданно-полиметаллическом месторождении / В.Б. Черняхов, И.В. Ку-делина, М.В. Фатюнина, Т.В. Леонтьева // Университетский комплекс, как региональный центр образования, науки и культуры. Оренбург: ОГУ, 2013. С. 892—899.

3. Черняхов В.Б., Куделина И.В. Экологически опасные элементы в почвенном покрове Джусинского месторождения // Многопрофильный университет как региональный центр образования и науки. Оренбург: ОГУ, 2009.

4. Инструкция по геохимическим методам. М.: Недра, 1983. 132 с.

5. Черняхов В.Б., Щеглова Е.Г. Основные параметры распределения меди в растительном покрове Яман-Касинского мед-ноколчеданного месторождения // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 3 (59). С. 167—171.

Влияние тяжёлых металлов на активность

каталазы разных типов почв

ЕИ. Новосёлова, д.б.н., профессор, О.О. Волкова, аспирантка, ФГБОУ ВО Башкирский ГУ

В результате губительного антропогенного воздействия на почвенный покров из года в год неуклонно уменьшается общая площадь возделываемых земельных ресурсов [1], что не может не сказаться на ухудшении продовольственного обеспечения населения Земли. Являясь важнейшим биогеохимическим барьером, почва подвергается негативным воздействиям тяжёлых металлов (ТМ), попадающих в неё в результате деятельности промышленных предприятий, работы автотранспорта, поступления коммунальных стоков. На сегодняшний день ТМ занимают ведущие позиции по масштабам загрязнения почв, следствием которого является нарушение их плодородия [2]. В его формирование важный вклад вносят почвенные ферменты, участвующие в процессах трансформации органических веществ в почве и обеспечении живых организмов доступными элементами питания [3].

Как известно, разные типы почв по-разному реагируют на загрязнение [2, 4]. Высокие буферные свойства определяют их лучшую устойчивость на воздействие поллютантов [5].

Материал и методы исследования. В лабораторных условиях в модельном опыте изучали влияние свинца и кадмия на активность окислительно-восстановительного фермента каталазы аллювиально-луговой насыщенной среднесуглинистой почвы (гумус — 6,9%; рННг0 6,5) и чернозёма обыкновенного среднесуглинистого (гумус — 8,6%; рННг0 7,8) в годовой динамике.

Почву предварительно очистили от механических примесей, просеяли через сито (3 мм) и увлажнили до 60% от полной влагоёмкости. Свинец и кадмий вносили в виде растворённых в воде солей (РЬ(СН3СОО)2 ■ 3Н20), Cd(CH3COO)2 ■ 2Н20) в дозах 5, 10, 20 и 40 мг/кг почвы. Активность каталазы определяли по методу А.Ш. Галстяна (1965) описанному Ф.Х. Хазиевым (2005) через 3, 90, 180 и 360 суток с начала эксперимента.

Результаты исследования. Каталаза играет важную роль в процессах нейтрализации токсичной для почвенных живых организмов перекиси водорода, которая поступает в почву в результате их высокой физиологической активности в период благоприятных условий жизнедеятельности. Наличие в почве ТМ может влиять на интенсивность выделения ими перекиси водорода.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.