CC BY
43
ЭКОЛОГИЯ
УДК 633.2 А.В. Пузанов,
С.С. Мешкинова
МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В РАСТЕНИЯХ ДОЛИНЫ СРЕДНЕЙ КАТУНИ
Ключевые слова: микроэлементы, растение, семейство, организм, дефицит, избыток, почва, содержание, фон, территория, Катунь.
Введение
Растительность, играя роль промежуточного резервуара, через который микроэлементы переходят из почв, а частично из воды в организм человека и животных, является важнейшим компонентом биосферы, причем компонентом сложным и динамичным. Растения могут накапливать микроэлементы, особенно тяжелые металлы. В связи с предполагаемым гидроэнергетическим освоением Катуни изучение микроэлементного состава растений данной территории является актуальной задачей.
Химический состав растений зависит от двух главных факторов — генетического и экологического. Генетический фактор лежит в основе формирования химического состава растений и регулирует потребности в определенных элементах отдельных групп растений (семейств, родов), поэтому содержание в растениях химических элементов «для каждого организма есть видовой признак», что справедливо для фоновых территорий [1]. Экологический же фактор мешает реализации генотипи-ческой программы поглощения химических элементов растениями, особенно в тех случаях, когда среда обитания обогащена соединениями этих элементов [2].
Объекты и методы исследования
Объектами исследования явились доминантные виды растений долины Средней Катуни.
Микроэлементы в растениях определяли методом количественного спектрального анализа в Институте почвоведения и агрохимии СО РАН. Минерализацию проб растений проводили методом сухого озо-ления в муфельной печи при Т = 525оС до получения золы белого или бежевого цвета без обугленных частиц. Определение растений проводили с помощью определителя Флора Сибири.
В работе приняты следующие обозначения вариационно-статистических параметров: n — объем выборки, lim — пределы колебания параметров, x — средняя арифметическая, Sx — ошибка средней арифметической, V — коэффициент вариации, %.
Результаты и их обсуждение
По геоботаническому районированию А.В. Куминовой исследуемая нами территория относится к Средне-Катунскому горно-лесостепному району подпровинции «Центральный Алтай» [3]. В растительности большое значение имеют ксерофиты (ксерофиты и мезоксерофиты) в составе таких семейств, как маревые, бобовые, розоцветные; петрофиты — свойственны лилейным, гвоздичным, крестоцветным, бобовым, бурачниковым, сложноцветным.
Нами был отобран 31 вид растений долины Средней Катуни. Доминировали растения семейств бобовые, сложноцветные и розоцветные. Концентрации элементов в растениях приведены в мг/кг воздушно-сухой массы.
В сельскохозяйственных культурах количество бария колеблется в пределах 1-200 мг/кг сухого вещества. Хотя о токсичных концентрациях Ва в растениях ма-
ло данных, некоторые ученые отмечают, что содержание 1-2% Ва (на сухую массу) для растений является очень ядовитым, а, по данным других исследователей, 220 мг/кг золы — умеренно токсичным. В долине Средней Катуни наиболее обогащенными Ва являются растения из сем. Boraginaceae — Cynoglossum officinale L. (118 мг/кг), Caryophyllaceae — Gypsophila patrinii Ser. (104 мг/кг), Lamiaceae — Thymus altaicus Klokov et Shost (104 мг/кг). Дефицит Ва наблюдается (мг/кг) в Stipa consanguínea Trin. et Rupr. (11,5), Cannabis ruderalis (11,8), Kochia densiflora Turcz. sec. Moq (5,5-11,3), Artemisia sp. (3,2). Среднее содержание элемента в растениях долины Средней Катуни составляет 32,4±3,8 мг/кг (табл. 1). В растениях из сем. Caryophyllaceae средняя концентрация Ва составляет 77,7 мг/кг, в семействах Lamiaceae, Ro-saceae, Dipsacaceae Fabaceae, Limonia-ceae, Asteraceae — соответственно, 59,5±43,5; 44,3 23,1±3,4; 43,7±34,3; 22,5±2,0; 21,4±4,5 мг/кг (табл. 2).
Среднее содержание В в травах мира колеблется от 5,7 до 37 [4]. По результа-
Содержание химических
там наших исследований средние значения по семействам составляют: Caryophyllaceae — 26,3±7,3 мг/кг, Fabaceae — 21,±2,4, Lamiaceae — 18,7±0,2, Asteraceae — 18,2±2,4, Rosaceae — 16,7±1,6, Dipsacaceae — 15,4±0,4, Chenopodiaceae — 15,2±1,4, Limoniaceae — 12,5±2,4 мг/кг. Отсюда следует, что меньше всего элемента содержат растения из семейства кермековые, также мало его содержит ковыль (Stipa consanguinea) — 2,6 мг/кг. Кроме семейства бобовых более высокие концентрации В обнаружены в растениях: Cynoglossum officinale L. — 39,5 мг/кг, Gypsophila patrinii Ser. — 33,6, Leontopodium ochroleucum — 32,8 мг/кг. В среднем концентрация В в растениях равна 17,9±1,0 мг/кг (табл. 1, 2).
Бериллий самый легкий из щелочноземельных элементов. Присутствует в растительных и животных организмах в очень малых количествах. В естественных условиях концентрация Ве в растениях колеблется в пределах 0,001-0,04 мг/кг сухого вещества, или от < 2 до 100 мг/кг в золе, но обычно она меньше 0,1 мг/кг сухого вещества [4].
Таблица 1
элементов в растениях, мг/кг
Элемент Долина Средней Катуни В растени- 1 ях мира В растениях Горного Алтая2
n х — Sх lim V, %
В 51 17,9±1,0 2,6-39,5 40,6 5,7-37 18,7±0,7
Ва 51 32,4± 3,8 3,2-118,0 83,8 100-170
Ве 51 0,02±0,002 0,01-0,05 55,9 0,001-0,4
Co 50 0,2±0,01 0,05-0,44 49,9 0,01-2,0 0,5±0,02
Cr 51 0,89±0,06 0,42-2,66 47,9 0,6-3,4
Cu 68 10,9±1,3 1,2-72,0 99,9 5,0-30 9,1 ±0,32
Mn 67 38,7± 3,6 6,5-140,3 75,5 15-500 57,5±2,6
Mo 51 1,45±0,3 0,2-11,3 149,3 0,33-2,3 0,99±0,013
Nb 51 0,96±0,13 0,27-65,6 94,7 1,0
Ni 68 1,6±0,12 0,3-4,5 62,1 0,1-2,7 6,3± 1,44
Pb 51 0,66±0,06 0,17-1,8 61,3 0,1-10,0 1,8±0,093
Sr 51 38,8± 3,6 5,0-129,0 66,3 10-662
Ti 51 10,5±1,6 2,0-57,0 110,5 0,15-80,0
V 51 0,48±0,05 0,23-2,26 68,7 0,4-2,7
Y 51 0,28±0,02 0,12-0,6 40,4 0,01-3,5
Zn 68 17,9±1,1 6,6-55,8 51,5 1,2-73 29,3±1,23
Zr 51 1,18±0,09 0,46-3,0 52,2 0,005-2,6
La 51 0,63±0,04 0,33-1,33 40,7
Yb 51 0,028±0,002 0,015-0,058 44,5
др.
Таблица 2
Содержание микроэлементов в растениях некоторых семейств, мг/кг воздушно-сухой массы
СП
ф
Г) ч X X
X >
а ч
01 х<
Г) X О
О
п ■<
Ь
о/ 73 п ч
п
ф
X X
О
73 о/ 73 х О
х
X
л
ф
73 п
X
о*
Элемент Семейство бобовые Семейство розоцветные Семейство сложноцветные Семейство маревые Семейство кермековые Семейство губоцветные Семейство гвоздичные Семейство ворсянковые
х ± 8х Нт У,% х ± 8х Нт У,% х ± 8х Нт У,% х ± 8х Нт У,% х ± 8х Нт У,% х ± 8х Нт У,% х ± 8х Нт У,% х ± 8х Нт У,%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
В 21,0 ± 2,4 13,6-32,2 34,2 16,7 ±1,6 10,9-26,0 32,4 18,2 ±2,4 7,2-32,8 43,8 15,2 + 1,4 13,0-19,2 18,9 12,5 ±2,0 8,5-15,0 28,0 18,7 + 0,2 18,5-18,8 1,1 26,3 ± 7,3 19,0-33,6 39,3 15,4±0,4 5,0-15,7 3,2
Ва 23,1 ± 3,4 13,6-46,2 44,5 44,3 ± 6,8 19,6-96,0 50,7 21,4 ±4,5 3,2-51,0 69,9 20,8 + 11,8 5,3-56,0 113,3 22,5 ± 2,0 19,0-26,0 15,6 59,5 ±43,5 16,0-103,0 103,4 77,7 ±26,4 51,3-104,0 48,0 43,7 ±34,3 9,4-78,0 111,0
Ве 0,02 ± 0,003 0,01-0,04 48,8 0,02 ± 0,003 0,01-0,04 50,4 0,02 ± 0,002 0,01-0,04 48,7 0,02 + 0,004 0,01-0,02 44,4 0,01 ±0,001 0,01-0,015 20,4 0,03 ±0,001 0,02-0,05 59,4 0,04+0,02 0,02 - 0,05 60,1 0,024 ± 0,01 0,012-0,036 70,7
Со 0,2 ±0,03 0,1-0,35 38,9 0,2 ±0,01 0,12-0,18 22,3 0,2 ± 0,03 0,05 - 0,35 69,1 0,2+0,04 0,05-0,23 65,6 0,12 ±0,01 0,11-0,14 12,4 0,22 ± 0,09 0,13-0,3 56,0 0,32 ± 0,02 0,3-0,34 8,8 0,22 ±0,15 0,07-0,37 96,4
Сг 0,8 ± 0,1 41,2 0,8 ±0,1 32,2 0,8 ±0,1 46,3 0,7 + 0,1 23,8 0,6 ± 0,04 10,1 1,1 ±0,4 55,7 1,5 ± 0,3 28,3 1,8 ±0,9 72,9
0,45 -1,3 0,5-1,3 0,4-1,6 0,5-0,9 0,5 - 0,6 0,67 -1,54 1,2-1,8 0,85-2,66
Си 9,8 ±2,1 1,7-24,3 69,5 6,9 ± 1,1 1,2-17,3 59,4 8,3 ± 0,9 2,9-16,7 40,3 15,5+7,6 2,0-45,0 109,9 5,7 +1,2 3,5 - 7,5 35,7 28,1 ±12,0 16,1-40,0 60,2 10,1 ±3,6 6,5-13,6 50,0 18,7 ±1,0 17,7-19,6 7,2
Мп 27,3 ± 3,5 15,0-57,0 42,3 55,1 ±11,0 16,0-140,3 72,2 36,1 ±6,6 7,0 -104,0 70,7 30,6 + 11,2 14,0-72,8 81,7 7,3 + 0,7 6,5 - 8,6 15,6 41,5 ±1,5 40,0-43,0 5,1 49,3+14,3 35,0-63,5 40,9 49,0 ± 32,0 17,0-81,0 92,4
Мо 1,7 ± 0,5 94,5 1,0 + 0,3 96,5 0,6 ±0,09 49,8 0,5+0,06 26,4 0,4 ±0,2 74,6 1,23 ±0,36 41,0 1,83 + 1,1 85,8 0,72 ± 0,4 77,7
0,34 - 4,25 0,4 - 3,8 0,2 - 1,3 0,3 - 0,6 0,2 - 0,7 0,87-1,58 0,72-2,94 0,32-1,1
М> 0,8 ± 0,1 0,4-1,6 51,7 0,7 + 0,1 0,4 -1,4 46,1 1,0 ± 0,3 0,4-3,8 109,2 0,6 + 0,2 0,3 - 0,8 47,9 0,5 ± 0,04 0,4-0,54 15,0 1,52 ±0,32 1,2 -1,84 30,0 0,8 ±0,14 0,66 - 0,94 24,8 0,9 ±0,07 0,83 - 0,96 10,3
№ 1,9 ± 0,3 0,4-4,2 56,7 1,2 + 0,2 0,5-2,5 52,3 1,3 ± 0,2 0,4-2,5 58,5 1,1+0,4 0,4-2,5 80,2 0,6 ± 0,09 0,5 - 0,8 23,7 2,0 ± 1,1 1,0 - 3,1 74,0 2,,4 ± 0,8 1,57-3,2 48,3 2,0 ±0,8 1,2-2,7 54,4
РЬ 0,7 ± 0,1 0,25 -1,3 53,0 0,7 + 0,1 0,4 -1,6 54,4 0,5 ±0,1 0,2-1,2 61,7 0,6 + 0,2 0,2 - 0,9 58,3 0,3 ± 0,04 0,3 - 0,4 18,9 1,1 ±0,4 0,7-1,5 53,9 1,0 ± 0,09 0,93 -1,1 11,8 0,8 ±0,4 0,4-1,1 64,6
Ш Я
О Й
О -1 г
N0
Окончание табл. 2
о
Г) ■<
и
а> "О п ч
л
ф
X X О —1
О
ш —1 "О а> "О х О
х
X а Ф "О
п х
ч
ф
ч
01
X
ю
О»
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Эг 48,7 ±7,5 15,8-84,0 46,3 45,4 ± 5,9 21,4-89,2 43,2 28,8 ±5,5 12,5-76,2 64,0 18,7 + 3,0 13,7-27,5 32,3 12,0 ± 3,4 6,7-18,2 48,6 45,5 ±26,5 19,0-72,0 82,4 93,0 ±36,0 57,0-129,0 54,7 28,0 ±13,0 15,0-41,0 65,7
■п 7,5 ± 1,6 3,0-17,6 65,3 9,2 ±1,5 2,9-19,6 53,1 10,6+4,0 4,0 - 50,0 124,0 5,6 + 1,7 2,0-9.8 60,7 4.6 ±1.2 3,0-7,0 56,8 32,8 ±25,0 7,8-57,7 107,7 5,2 ±0,05 5,1 - 5,2 1,4 27,7 ±23,1 4,6-50,7 118
V 0,4 ± 0,05 37,2 0,4 ± 0,03 27,0 0,4 ± 0,05 41,3 0,4+0,07 34,9 0,3 ±0,01 4,0 0,9 ±0,5 75,7 0,57 ±0,04 9,9 1,3 ±0,9 107,3
0,3 - 0,7 0,3-0,6 0,3 - 0,9 0,2 - 0,5 0,3-0,32 0,4-1,4 0,53-0,61 0,31-2,26
У 0,3 ±0,05 0,2 - 0,6 47,3 0,3 ± 0,02 0,2 - 0,4 23,6 0,2 ±0,01 0,2 - 0,3 21,3 0,2 + 0,02 0,17-0,24 15,7 0,2 ±0,05 0,14-0,3 43,6 0,37 ±0,14 0,23-0,5 52,3 0,49 ±0,02 0,47-0,51 5,8 0,31 ±0,13 0,18-0,44 59,3
Ъа. 16,5 ±2,0 8,9-34,3 39,6 15,0 + 1,0 8,7-21,0 24,4 21,1 ±3,3 7,7-55,8 60,0 12,4 + 3,3 6,6-23,3 60,2 7.5 ±0,3 7,0 - 8,1 7,3 28,2 ±2,6 25,6-30,8 13,0 12,3 ±2,2 10,1-14,4 24,8 14,3 ±0,2 14,1-14,5 2,0
Ъх 1,4 ± 0,2 0,7 - 2,8 48,1 1,1 + 0,1 0,7 -1,8 28,5 0,8 + 0,1 0,5 - 1,5 33,7 0,9 + 0,2 0,5 - 1,3 41,0 0,6 ± 0,04 0,57-0,7 12,2 1,64 ± 0,64 1,0-2,3 55,0 1,9 ±0,2 1,67 - 2,1 16,1 1,26 ±0,7 0,61-1,91 73,0
Ьа 0,61 ±0,08 0,3-1,1 40,5 0,56 + 0,04 0,3-0,9 25.9 0,53 ± 0,04 0,4 - 0,8 23,7 0,56 ±0,07 0,4-0,7 25,7 0,4 ±0,03 0,4-0,5 10,9 0,83 ±0,17 0,66-1,0 29,0 1,2 ±0,12 1,1-1,33 13,4 0,65 ±0,18 0,47 - 0,82 38,4
УЬ 0,3 ±0,005 49,5 0,026+0,002 30.9 0,022 ±0,002 22,6 0,2 ±0,01 13,3 0,022 ± 0,003 24,6 0,04 ±0,01 39,2 0,05 ±0,01 18,0 0,04 ± 0,02 60,6
0,017-0,058 0,015-0,04 0,0,15-0,03 0,02-0,021 0,17-0,028 0,03-0,05 0,04-0,05 0,02-0,05
Ш X
О Ь
О ^
£0
Так и в растениях долины Средней Ка-туни содержание Ве не превышает 0,1 мг/кг. Наибольшие значения определены для Stellaria gramínea L. — 0,052 мг/кг, Thymus altaicus — 0,049, в Barbarea arcuata Opiz ex J. et Presl и Orostachys spinosa L. — 0,044 мг/кг. Меньше всего Ве находится в Kochia densiflora — 0,007 мг/кг, в Veronica incana L. и Echinops ritro — 0,009 мг/кг. А средняя концентрация в растениях долины составляет 0,02±0,002 мг/кг.
Содержание марганца в растениях зависит от их видовой принадлежности, биологических особенностей и содержания марганца в почвах. По данным М.В. Ката-лымова, количество марганца в растениях колеблется от тысячных до сотых долей процента на 1 кг сухого вещества [5]. Дефицит, оптимум и избыток марганца в растениях составляют, соответственно, 1525, 20-300 и 300-500 мг/кг сухого вещества [6].
В изученных нами растениях недостаток Mn обнаружен в ковыле — 6,8 мг/кг, в растениях семейства Limoniaceae — 7,3±0,7 мг/кг. Максимальные концентрации марганца определены в сем. Rosaceae (103,0-115,0 мг/кг) — спирея, лабазник, кровохлебка, также
104,0 мг/кг содержится в Leontopodium ochroleucum. Среднее содержание Мп в растениях долины Средней Катуни составило 38,7±3,6, что меньше по сравнению со средним значением по всему Горному Алтаю (табл. 1) [7, 8].
Так как кобальт необходим растениям в очень малых количествах, его недостаток обнаруживается крайне редко. ПДК элемента в кормах — 10 мг/кг сухого вещества [9]. Средняя концентрация в растениях равна 0,2 ± 0,01 мг/кг при вариации от 0,05 до 0,44 мг/кг. Наименьшим содержанием характеризуются Artemisia frigida Willd. и Kochia densiflora, а наибольшим — Barbarea arcuata Opiz ex J. et Presl, Knautia arvensis L., Cynoglossum officinale L., Orostachys spinosa.
Несмотря на естественное высокое валовое содержание Сг в почвах, концентрация его растворимых соединений очень мала, и накопление в растениях незначительно. Содержание элемента в растениях мира — 0,6-3,4 мг/кг сухого вещества. Среди изученных растений высоким содержанием отличились Knautia arvensis L. — 2,66 мг/кг, Artemisia absinthium L. — 1,57, Cynoglossum officinale L. — 1,5, Thymus altaicus — 1,54 мг/кг. В целом
в регионе исследования содержание элемента в растениях составляет 0,89±0,06 мг/кг. Меньше всего Cr содержалось в мордовнике обыкновенном — 0,42 мг/кг и в кермековых — 0,6±0,04 мг/кг.
Медь относится к числу химических элементов, имеющих среднюю степень поглощения растениями. Нормальная концентрация меди в растениях находится на уровне 0,2-20,0 мг/кг [10]. В среднем её содержание в растениях варьирует от 5 до 50 мг/кг.
По сравнению со средним содержанием ^ в растениях Горного Алтая, для растений долины Средней Катуни определена величина в 2 раза выше — 10,9±1,3 мг/кг [7, 8]. Высоким содержанием меди характеризуются: Orostachys spinosa L. — 72,0 мг/кг, Kochia densiflora — 45,0, Salvia stepposa — 40 мг/кг. Дефицит элемента обнаружен в растениях: Potentilla anserine L. — 1,2 мг/кг, Astragalus alpinus L. — 1,7, Stipa consanguínea — 3,0 мг/кг. Средние по величине концентрации обнаружены в семействах: бобовых, маревых, сложноцветных, розоцветных, губоцветных, гвоздичных, ворсянковых и кермековых (5,7-28,1 мг/кг), находятся в пределах нормальной концентрации элемента в растениях (табл. 2).
Молибден необходим растениям в еще меньших количествах, чем марганец, цинк и медь. Количество его в растениях колеблется от 0,2 до 8,0 мг/кг сухого вещества [11]. Среднее содержание Мо в исследованных растениях составило 1,45±0,3 мг/кг (при большой вариации от 0,2 до 11,3 мг/кг), что немного выше среднего значения элемента по Горному Алтаю [8]. Больше всего Мо содержит чернокорень — 11,3 мг/кг, конопля сорная — 8,25, вероника седая — 7,3 мг/кг.
Критический недостаток молибдена в растениях определен от 0,01 до 6 мг/кг [12]. По другим данным, недостаток молибдена наблюдается при содержании его в растениях ниже 0,1 мг/кг, содержание Мо в растениях и кормах 0,2-2,5 мг/кг сухой массы считается критически низким [9, 13].
В изученных растениях меньше всего Мо содержится в Limonium flexuosum L. — 0,2-0,21 мг/кг, Echinops ritro — 0,22, Galium verum L. — 0,29 мг/кг.
Установлено, что типичное содержание Nb в растениях составляет около 1 мг/кг сухой массы. Однако в природе известны
растения, которые могут активно извлекать ниобий из почвы [4].
В исследованных растениях наибольшим накоплением Nb характеризуются Kochia densiflora — 5,6 мг/кг, Artemisia absinthium L. — 3,8, Barbarea arcuata — 2,0 мг/кг. Наименьшее содержание определено в Stipa consanguinea — 0,3 мг/кг, Echinops ritro — 0,37, Caragana pugmaea L. — 0,38 мг/кг. В среднем содержание Nb в растениях долины Средней Катуни равно 0,96±0,13 мг/кг, что не превышает типичного содержания элемента в растениях. В пределах изученных семейств среднее содержание больше всего в губоцветных — 1,52±0,32 мг/кг, сложноцветных — 1,0± 0,3, меньше всего в кермековых — 0,5±0,04 мг/кг.
Никель легко извлекается растениями из почвы. Нормальное содержание его в злаковых травах — 0,1-1,7, в бобовых — 1,2-2,7 мг/кг сухого вещества [4].
В исследованной нами растительности максимальные концентрации Ni обнаружены в растениях, относящихся к разным ботаническим семействам: Astragalus alpines L. (1,47-4,21 мг/кг), Gypsophila patrinii Ser. (3,2), Thymus altaicus (3,1), Knautia arvensis L. (2,7 мг/кг) (табл. 1, 2). Минимальное содержание никеля определено для Kochia densiflora — 0,43 мг/кг, в Caragana pugmaea L. — 0,44 мг/кг и Echinops ritro в Potentilla anserina L. — 0,46 мг/кг. По семействам набольшее среднее содержание характерно для Caryophyl-laceae — 2,4±0,8 мг/кг, наименьшее для Limoniaceae — 0,6±0,09 мг/кг. В среднем в растениях долины Средней Катуни Ni содержится 1,6±0,12 мг/кг, что соответствует нормальному содержанию в растениях.
Свинец имеет среднюю степень поглощения растениями. Различные виды растений характеризуются избирательной способностью в накоплении свинца, которая обусловлена их биологическими особенностями. Разница между минимальным и максимальным содержанием свинца в растениях может достигать нескольких раз [12]. Природное содержание свинца в растениях колеблется от 0,1 до 10,0 мг/кг, а нормальная концентрация составляет 0,1-5,0 мг/кг [4, 14]. Приводится концентрация свинца в растениях, принятая за нормальную — 0,1-5 мг/кг воздушно-сухой массы, а предположительно максимальная — 10 мг/кг [9].
Содержание свинца в растениях изучаемой территории изменяется от 0,17 до
1,8, в среднем составляя 0,66±0,06 мг/кг (табл. 1, 2), что почти в 3 раза ниже средней концентрации в почвах Горного Алтая в целом [8]. Наибольшие концентрации обнаружены в Orostachys spino-sa L., Potentilla erecta L., Cynoglossum officinale L., Barbarea arcuata и Thymus altaicus (1,45-1,8 мг/кг). Наименьшее содержание РЬ в 8-10 раз меньше максимального и определено для Artemisia sp. — 0,17 мг/кг, Kochia densiflora — 0,18 мг/кг. По семействам наименьшее среднее содержание обнаружено в сложноцветных и кермековых.
Концентрация Sr в растениях очень изменчива и обычно его количества в пищевых и кормовых растениях колеблются в пределах 10-1500 мг/кг сухой массы [4]. Установлено, что наибольшее накопление элемента происходит в бобовых растениях. Так и по нашим исследованиям сем. Fabaceae по сравнению с другими изученными семействами содержат больше Sr (48,7±7,5 мг/кг), Rosaceae — 45,4±5,9, Asteraceae — 28,8±5,5 мг/кг. Также высокую концентрацию определена для растений: Stellaria graminea L. — сем. Caryophyllaceae (129 мг/кг), Cynoglossum officinale L. — сем. Boraginaceae (85,0 мг/кг), Thymus altaicus — сем. Lamiaceae (72,0 мг/кг). Меньше всего Sr, как и большинства изученных микроэлементов (мг/кг), содержится в сем. Limoniaceae — 12,0±3,4, в Stipa consanguinea сем. Poaceae (5,0), в Galium verum L. — сем. Rubiaceae (11,2). Средняя концентрация в растениях долины Средней Катуни составила 38,8±3,6 мг/кг при вариации от 5,0 до 129,0 мг/кг.
Уровни содержания Ti в растениях изменяются в пределах 0,15-80 мг/кг сухой массы [4]. Больше всего Т в исследованных растениях обнаружено в Thymus altaicus — сем. Lamiaceae (57,5 мг/кг), Knautia arvensis L. — сем. Dipsacaceae (50,7 мг/кг), Artemisia absinthium L. — сем. Asteraceae (50,0 мг/кг). Содержание Ti в этих растениях выше в 5-12 раз по сравнению с остальными видами. Средняя концентрация в растениях долины составила 10,5± 1,6 мг/кг при коэффициенте вариации 110,5%. Наименьшее содержание элемента высчитано для сем. Chenopodiaceae — 5,6±1,7 мг/кг, Limoniaceae — 4,6±1,2 мг/кг.
В литературе по одним данным средняя концентрация V в высших растениях составляет 1,0 мг/кг сухой массы, а по другим содержание V в золе большин-
ства овощей изменяется в пределах < 5-50 мг/кг. В растениях долины Средней Катуни наиболее высокая концентрация V определена в сем. Dipsacaceae (1,3 мг/кг) в Knautia arvensis L. — 2,26 мг/кг, в сем. Lamiaceae (0,93 мг/кг) в Thymus altaicus — 1,42 мг/кг, в сем. Caryophyllaceae (0,57 мг/кг). Наименьшее содержание элемента определено в сем. Limoniaceae (0,3 мг/кг). Средняя концентрация V в растениях составила 0,48±0,05 мг/кг, что соответствует литературным данным.
Данные о содержании Y в растениях в основном даны американскими учеными (Коннором и Шаклеттом). Согласно этим авторам содержание Y в пищевых растениях из зоны тропических лесов составляет 0,01-3,5 мг/кг сухой массы [4]. В исследованных нами растениях больше всего Y обнаружено в Cynoglossum officinale L. (0,51 мг/кг) из сем. Boraginaceae, в сем. Caryophyllaceae (0,49 мг/кг), в Orostachys spinosa L. (0,44 мг/кг) из сем. Grassulaceae. В среднем в растениях долины содержание иттрия составляет 0,28±0,02 мг/кг.
Нормальное содержание цинка в растениях 15-150 мг/кг, предположительно максимальное — 300 мг/кг воздушно-сухой массы [9]. Содержание цинка при его дефиците оценивается в 10-20 мг/кг сухой массы [4].
Минимальная и максимальная концентрация цинка в растениях долины Средней Катуни различается примерно в 5 раз, и средняя концентрация элемента составила 17,9±1,1 мг/кг. Максимальная концентрация отмечены в растениях сем. губоцветных (28,2 мг/кг), сложноцветных (21,1±3,3 мг/кг), бурачниковых (чернокорень — 23,0 мг/кг). Минимальная концентрация элемента обнаружены в сем. кермековых (7,5±0,3 мг/кг). Из полученных результатов, по сравнению с литературными данными, можем сказать, что в 75% изученных растений долины наблюдается недостаток Zn.
Доступных данных о состоянии Zr в растениях немного. Уровни его содержания в культурных растениях изменяются от
0,005 до 2,6 мг/кг сухой массы. Некоторые растения, в особенности из семейства бобовых, а также кустарники и мхи, по-видимому, концентрируют Zr больше, чем другие растения [4]. В изученных растениях больше всего циркония обнаружено в Barbarea arcuata (3,0 мг/кг) сем. Brassicaceae, в Medicago falcate L.
(2,77 мг/кг), в Orostachys spinosa L. (2,63 мг/кг) сем. Grassulaceae. В семействах Caryophyllaceae, Lamiaceae, Faba-ceae, Dipsacaceae, Rosaceae, Chenopodia-ceae, Asteraceae, Limoniaceae среднее содержание элемента уменьшается и равно соответственно 1,9; 1,6; 1,4; 1,3; 1,1; 0,9; 0,8; 0,6 мг/кг. А средняя концентрация Zr в целом в изученных растениях составила 1,18±0,09 мг/кг.
До сих пор распределение лантаноидов в тканях растений и их физиологические функции исследователей мало привлекали. Была только рассчитана Лаулом и др. относительная распространенность ланта-нидов в почвах и растениях, а также зависимость концентрации этих элементов в растениях от их концентрации в почве. Содержание лантанидов в растениях убывает в порядке возрастания их атомных номеров [4].
В растениях долины Средней Катуни содержание La и Yb больше всего в Cynoglossum officinale L. (1,2 и 0,057 мг/кг соответственно) из сем. Boraginaceae, Barbarea arcuata, (1,2 и 0,052 мг/кг) сем. Brassicaceae, Orostachys spinosa L., (1,18 и 0,05 мг/кг) сем. Grassulaceae. Средние значения La и Yb (мг/кг) по семействам уменьшаются в ряду: Caryophyllaceae (1,2 и 0,047 соответственно), Lamiaceae (0,86 и 0,042), Dipsacaceae (0,65 и 0,035), Fabaceae (0,061 и 0,03), Rosaceae (0,56 и 0,026), Chenopodiaceae (0,56 и 0,02), Asteraceae (0,53 и 0,02), Limoniaceae (0,4 и 0,02). В исследованных растениях в целом средняя концентрация La равна 0,63±0,04 мг/кг. А среднее содержание Yb в растениях долины составило 0,028±0,002 мг/кг. Исходя из выше представленных данных, можем сказать, что соблюдается закономерность содержания лантаноидов в растениях — содержание лантаноидов в растениях убывает в порядке возрастания их атомных номеров. То есть концентрация La выше, чем концентрация Yb в растениях.
Ga и Sc в исследуемых растениях не обнаружен.
Заключение
Из исследованных видов растений долины Средней Катуни наиболее богатым микроэлементным составом отличаются такие растения, как: Thymus altaicus, Cynoglossum officinale L., Orostachys spinosa L., Barbarea arcuata, Knautia arvensis L., Stellaria graminea L.; из се-
мейства Asteraceae — Leontopodium ochroleucum богат B, Be, Zn, Co, Mn; из сем. Lamiaceae Salvia stepposa — Zn, Cu, Nb. По сравнению с рассматриваемыми семействами обеднены большинством исследуемых элементов растения из сем. Limoniaceae — Limonium flexuosum L.; из Fabaceae — Caragana pugmaea L.; из сем. Asteraceae — Echinops ritro и Stipa consanguinea — представитель сем. Poaceae.
Содержания микроэлементов в изученных растениях различны не только для разных семейств, но и для индивидуальных организмов внутри одного вида.
Концентрация химических элементов в растениях долины Средней Катуни находится в пределах фоновых значений и укладывается в диапазон содержания, при котором осуществляется нормальное функционирование растительных организмов.
Библиографический список
1. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы земли и ее окружения / В.И. Вернадский. — М.: Наука, 2001. — 376 с.
2. Ильин В.Б. Элементный химический состав растений / В.Б. Ильин. — Новосибирск: Наука, 1985. — 130 с.
3. Куминова А.В. Растительный покров Алтая / А.В. Куминова. — М.: Изд-во СО АН СССР, 1960. — 450 с.
4. Кабата-Пендиас А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас. — М.: Мир, 1989. — 439 с.
5. Каталымов М.В. Микроэлементы и микроудобрения / М.В. Каталымов. — М.; Л.: Химия, 1965. — 330 с.
6. Дуглас П.О. Воздействие загрязнения микроэлементами на растения /
П.О. Дуглас // Загрязнение воздуха и жизнь растений. — Л., 1988. — С. 327-356.
7. Мальгин М.А. Биогеохимия микроэлементов в Горном Алтае / М.А. Мальгин. — Новосибирск: Наука, 1978. — 272 с.
8. Ельчининова О.А. Биогеохимические аспекты экологической оценки наземных экосистем Алтая: монография / О.А. Ельчининова. — Барнаул: Изд-во АГАУ, 2009. — 142 с.
9. Ильин В.Б. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области / В.Б. Ильин, А.И. Сысо. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. — 230 с.
10. Минеев В.Г. Химизация земледелия и окружающая среда / В.Г. Минеев. — М.: Агропромиздат, 1990. — 287 с.
11. Даутов Р.К. Микроэлементы в почвах Чувашской АССР и рациональное использование микроудобрений / Р.К. Даутов, В.Г. Минибаев, С.Н. Калимуллина. — Чебоксары: Чуваш. кн. изд-во, 1979. — 62 с.
12. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: справочник. Кн. 5. Редкие d-элементы / В.В. Иванов. — М.: Экология, 1997. — 576 с.
13. Химия тяжелых металлов, мышьяка и молибдена в почвах / под ред. Н.Г. Зырина, Л.К. Садовниковой. — М.: МГУ, 1985. — 204 с.
14. Тяжелые металлы в системе почва — растение — удобрение / под ред. М.М. Овчаренко. — М., 1997. — 290 с.
15. Архиров И.А. Микроэлементы (ванадий и никель) в педосфере бассейна р. Катунь / И.А. Архиров, А.В. Пузанов, О.А. Ельчининова / / Ползуновский вестник. — 2005. — № 4. — С. 163-167.
+ + +
УДК 595.796+574 Т.М. Кругова
ДЕРНОВЫЙ МУРАВЕЙ ТЕТйАМОМиМ САЕБРТиМ НА ГАРЯХ В ЛЕНТОЧНЫХ СОСНОВЫХ БОРАХ ВЕРХНЕГО ПРИОБЬЯ
Ключевые слова: дерновый муравей, пирогенная сукцессия, сосновые леса, пожар, микростациальное распределение, годовая динамика.
Введение
Лесные пожары оказывают на экосистемы глубокое и разностороннее влияние, затрагивающее гидротермический
