Основные параметры распределения микроэлементов (Zn, Pb, Ag, Mo и Co) в растительном покрове Яман-Касинского медноколчеданного месторождения Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Основные параметры распределения микроэлементов ^п, Pb, Ag, Mo и в растительном покрове Яман-Касинского медноколчеданного месторождения

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

Проблема основных параметров, особенностей и закономерностей распределения микроэлементов в растительном покрове в зоне медноколчеданных месторождений на протяжении многих десятилетий приковывает внимание исследователей [1—5]. В связи с этим вызывает большой интерес содержание цинка, олова, серебра, молибдена и кобальта в растительной среде, обусловленной экстремально высоким содержанием этих микроэлементов в субстрате Яман-Касинского медноколчеданного месторождения [6, 7].

Особенности поглощения Zn растениями в основном благоприятны для использования его в качестве биогеохимического индикатора рудных месторождений. Это один из наиболее контрастных химических элементов, который поглощается различными видами растений, произрастающих в одинаковых условиях. В пределах Яман-Касинского месторождения все растения в значительной степени обогащены этим элементом, у большинства видов концентрация Zn в 20—60 раз превышает РКР (табл.). В условиях ортоэлювиальных ландшафтов наибольшие концентрации отмечаются у кустарника Spiraea crenata и составляют соответственно в стеблях и листьях 116,6 • 10-3 и 71,5 • 10-3% соответственно. Различия в концентрировании цинка отдельными видами одной и той же биоморфы существенны. Особенно это проявляется на примере полукустарничков Thymus marschallianus, Artemisia mar schaltiana и A. austriaca, произрастающих в одинаковых условиях. Среднее содержания Zn у Thymus marschallianus в стеблях в 2 раза превышает среднее содержание Zn в стеблях Artemisia austriaca и в 5 раз — у A. marschalliana и соответственно составляет 56-10"3; 27,6•Ю-3 и 10,8• 10-3% (табл.). В листьях у Thymus marschallianus и Artemisia austriaca содержание Zn становится равным 46,3 • 10-3% и 48,0• 10-3%, превышая в 1,7 раза его содержание в листьях A. marschalliana. Концентрирующая способность Artemisia austriaca относительно A. marschalliana выявляется более ярко при сопоставлении их концентраций в пробах, отобранных на одних и тех же площадках.

В супераквальных и трансэлювиально-аккумулятивных ландшафтах в связи с большой миграционной способностью цинка им обогащены и древесные породы. Среднее содержание Zn в ветвях Betulapendula составляет 127,5 • 10-3% (табл.). Из травянистых растений высокими содержаниями Zn выделяются в условиях рудного поля морфологически и физиологически изменённые

экземпляры Veronica iticana. Содержание Zn в таких экземплярах составляет 50 • 10-3%. Как и Си, Zn в почвах на площадках отбора таких экземпляров в 3 раза превышает пороговые концентрации, равные 7 • 10-3%.

Распределение цинка по органам характеризуется теми же особенностями, что и распределение меди [1]. Содержание цинка в корнях Artemisia marschalliana почти в 3 раза превышает содержание в стеблях и листьях соответственно. У травянистых растений в корнях, например Galatella villosa, цинка содержится в 2 раза больше, чем в стеблях, и в 4,4 раза больше, чем в листьях. С возрастом в органах содержание Zn увеличивается. Стебли прошлого и текущего года у Artemisia marschalliana содержат Zn в контуре рудного тела и на отдельных площадках соответственно 100 • 10-3 и 3-10"3%, 20-10-3% и 6 • 10-3; 10010-3 и 40-10"3%.

В пределах месторождения произрастающие растения обогащены свинцом (табл.). Однако степень обогащения неодинакова у видов различных жизненных форм. Самые высокие концентрации имеют кустарники — Caragana frutex и Spiraea crenata 27,3 • 10-3 и 62,2 • 10-3%, что 7-15 раз превышает РКР по этому элементу. Виды полыней Artemisia austriaca и A. marschalliana, отобранные на одних и тех же площадках, не отличаются по концентрирующей способности свинца. У кустарников избирательность к поглощению свинца выражена более резко, у злаков и травянистых многолетников она вновь сглаживается. Распределение свинца в отдельных органах растений малоконтрастное акропетальное. Корни Artemisia marschalliana содержат Pb в 1,5 раза больше, чем стебли, и в 3 раза больше, чем листья. У Galatella villosa соотношение между указанными органами соответственно равно 2 и 3,6. Старые органы (стебли прошлого года) заметно обогащены свинцом по сравнению со стеблями текущего года и соответственно составляют в контуре рудного тела на 1 пл. 40-10"3 и 2-10"3%, на 3 пл. - 610-3 и 2-10-3%, 50-10-3 и 3 10-3%.

На Яман-Касинском месторождении все виды растений, за исключением травянистых многолетников, обогащены серебром. В многолетниках серебро содержится лишь в золе петрофила Galatella villosa (табл.). Средние концентрации Ag у большинства растений в 3-7 раз превышают РКР. Максимальное содержание Ag у ряда растений в контуре рудного тела достигает высоких величин. Так, у Koeleria cristata они составляют 1 • 10-3%, а у Galatella villosa — 3-10-3%. Серебро более или менее равномерно распределено в различных органах растений. У полукустарничков содержание серебра в корнях и листьях одинаковое, в стеблях несколько

меньше. Однако в стеблях прошлого года у Artemisia mar schalliana содержание серебра значительно превышает его содержание в стеблях текущего года и соответственно составляет 0,1—0,2-10-3%, тогда как в стеблях текущего года содержание серебра составляет 0,03—0,04-10_3%, или ниже чувствительности спектрального анализа. У Amygdalus nana максимальное содержание серебра сосредоточено в ветвях, у Artemisia austriaca и Koeleria cristata — в листьях. Поэтому при биогеохимических исследованиях можно использовать надземную часть полностью у полукустарничков и злаков, прошлогодние ветви у Artemisia marschalliana, одно-двухлетние ветви у кустарников, листья и одно-двухлетние побеги у древесных пород.

Содержание молибдена в растениях на месторождении ниже РКР, равно 0,2-10_3%. Биологическая аккумуляция лучше выражена у таких биоморф, как полукустарнички, дерновинные злаки и травянистые многолетники. Однако и у этих биоморф величины содержаний Мо не превышают РКР. Лишь у Echinops ritro содержание молибдена равно региональному кларку, а у Filipendula vulgaris, Veronica incana и Artemisia austriaca превышает его и равно соответственно 5-10-3 и 20-10_3%. При нормальном содержании Мо в почвах растения мало

отличаются друг от друга по его концентрации в золе одинаковых органов. Даже бобовые культуры относятся к растениям-концентраторам, отличаясь от большинства опробованных видов не более чем в 1,2—2,0 раза. Наибольшие содержания Мо находятся в корнях растений. В надземной части распределение Мо носит базипетальный характер, причём листья содержат больше Мо, чем стебли.

Встречаемость Со в золе опробованных растений составляет 85%. Лучше его концентрируют деревья, кустарники и полукустарнички. В целом его содержание в опробованных растениях близко к нормальному и составляет 0,3—1,0-10-3%. В подземных органах растений Со содержится несколько больше, чем в стеблях и листьях.

Оценка корреляционной связи между содержанием вышерассмотренных элементов в корнях, стеблях, листьях одного и того же растения показала, что сила и характер этой связи различны для разных элементов. На примере Artemisia marschalliana, произрастающей на липарито-дацитовых порфирах, эта зависимость представляется следующим образом.

Для Pb выявлена высокая положительная связь между содержанием этого элемента в корнях и стеблях (т = +0,70, при критическом значении rq = +0,48). Зависимость между содержанием Pb в

Среднее содержание химических элементов, п • 10-3% в золе растений, приуроченных к липарито-дацитовым порфирам Яман-Касинского месторождения

Вид растении Pb Zn Ag

X а X а X а

Деревья

Betula pendula Roth. Populas tremula L. 14,5/8,14 7,8/2,7 11,45/3,58 7,95/1,78 127,0/76,4 60,7/81,9 118,7/34,9 47,4/60,8 0,05/0,08 0,06/0,05 0,318/0,707 4,490/0,020

Кустарники

Amygdalus nana L. Caragana frutex (L.) C. Koch Ceras us fruticosa (Pall.) Woron. Cotoneaster melanocar pa Lodd. Cytisas ruthenicus Fisch. Rosa cinnamomea L. Spiraea crenata L. 12,6/3,3 27,3/4,0 18,6/2,4 -/6,0 8,7/4,3 7,7/5,2 62,2/14,9 4,24/0,7 5,22/4,08 12,84/0,85 -/2,83 8,27/1,86 6,43/1,92 1,46/11,90 37,7/13,4 53,7/42,3 58,0/8,33 -/32,0 107,2/72,0 24,3/19,4 116,6/71,5 33,2/18,2 28,4/32,0 4,5/4,6 -/39,6 56,9/46,5 31,1/33,9 3,6/63,2 0,06/0,04/-/--/0,03/-/0,06/- 4,470/0,028/-/--/18,300/-/2,240/-

Полукустарнички

Artemisia marschalliana Spreng Artemisia austriaca Jack. Thymus marschallianus Willd. 3,7/3,3 4,8/6,3 20,6/7,3 4,37/2,66 2,61/3,60 9,59/2,77 10,8/27,3 27,6/48,0 56,0/45,3 12,2/23,0 20,6/30,8 29,7/2,7 0,03/0,04 0,05/0,07 0,05/- 0,005/0,024 0,030/0,140 0,003/-

Злаки

Festuca sulcata Hack. Keeleria crisata (L.) Pers. Poa stepposa (Kryl.) Roshev. Stipa rubens P. Smirn. 3,6/9,4 5,6/4,1 22,9/4,16 -/11,0 4,79/5,08 5,45/5,57 24,37/3,52 -/12,73 28,127,8 56,6/40,0 74,2/15,0 -/75,0 8,6/10,1 32,7/14,1 75,9/5,5 -/35,4 -/0,04 0,05/0,05 0,10/0,04 -/0,06 -/0,021 0,008/0,025 0,088/--/0,007

Многолетние травянистые растения

Gilatella vi losa (L.) Reichb. Filipendula vulgaris Moench. Sanguisorba officinalis L. Salvia stepposa Schost. Veronica incana L. 5,4/3,2 1,8/4,8 1,9/2,7 2,1/6,2 4,7/11,0 4,12/1,20 1,16/1,92 1,72/0,57 2,79/4,70 1,15/12,72 42,4/19,1 32,6/46,2 21,5/70,0 22,3/34,0 46,6/55,0 35,3/7,4 2,6/40,6 19,2/52,0 25,6/27,9 5,8/63,6 0,04/-/--/--/--/- 0,020/-/--/--/--/-

Средний элементарный состав золы растений для Южного Урала, % 410-2 2-10-3 1-10-5

Примечание: в числителе — содержание элементов в ветвях или стеблях; в знаменателе — в листьях

Рис. - Положение линий регрессии, отражающих коррелятивную связь между соответствующими элементами в различных органах растений:

1 - система корни - стебли; 2 - система корни - листья; 3 - система стебли - листья. Содержание элементов: х - в корне; у - в стебле; у1 - в листьях

корнях и стеблях описывается уравнением регрессии в виде уравнения прямой:

у = а + Ьх, х = а1 + Ь1у.

Корреляционная зависимость между содержанием Zn в корнях и стеблях также положительная и высокая (т = +0,67). Характер связи сохраняется и между содержанием Zn в корнях — листьях и стеблях — листьях с коэффициентами корреляции соответственно равными +0,49 и +0,51. Положение линий регрессии с указанием соответствующих коэффициентов, отражающих прямую зависимость между содержанием Zn и РЬ в корнях, стеблях и листьях, отражено на рисунке.

Выводы. Зависимость между содержанием элементов в сравниваемых органах носит сложный характер. Определение величин коэффициентов корреляции, отражающих тесноту связи и тип зависимости между элементами, позволяет решать многие теоретические и практические вопросы, связанные с биогеохимической индикацией: характер поглощения химических элементов растениями, выявление физиологических барьеров поглощения, выбор органов опробования, наиболее целесообразных при биогеохимических поисках. Коэффициенты корреляции позволяют также при составлении биогеохимических карт использовать данные о содержании химических элементов в разных видах и органах растений. Основанные

на строгой математической зависимости, коэффициенты корреляции имеют определённые преимущества перед другими биогеохимическими коэффициентами и параметрами ОСВР — относительным содержанием элементов в отдельных видах растений, ОСОР — относительным содержанием элементов в отдельных органах растений, применяемыми с этой же и целью в биогеохимических исследованиях.

Литература

1. Кучеренко В.Д., Черняхов В.Б. Микроэлементы в степной и солонцово-солончаковой растительности Оренбургской области // Почвы Южного Урала и Поволжья. Уфа, 1960. Вып. 4. С. 167-171.

2. Ковальский В.В., Петрунина Н.С.. Геохимическая экология и эволюционная изменчивость растений // Доклады АН СССР. 1964. Т. 159. № 5. С. 1175-1178.

3. Малюга Д.П. О биогеохимических провинциях на Южном Урале // Доклады АН СССР. 1950. Т. 70. № 2. С. 257-259.

4. Скырлыгина-Уфимцева М.Д., Черняхов В.Б. Некоторые аспекты геохимической экологии растений медноколчедан-ных месторождений Оренбургского Урала // Биологическая и практическая роль микроэлементов. Рига, 1972. С. 187-191.

5. Черняхов В.Б., Пименов Г.Г. К вопросам по медной биогеохимической провинции в Оренбургском Предуралье // Тезисы докладов VII конференции по химизации сельского хозяйства. Оренбург: ОСХИ, 1966. С. 121-127.

6. Черняхов В.Б., Калинина О.Н., Алексеев М.И. Распределение тяжёлых металлов в растительном покрове Яман-Касинского месторождения // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры. Оренбург: ОГУ, 2012. С. 844-851.

7. 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.

Биоресурсы пойменных лесов Центрального Оренбуржья

Т.Н. Васильева, к.б.н., Ф.Г. Бакиров, д.с.-х.н., профессор, Ю.М. Нестеренко, д.г.н., Н.А. Баджурак, аспирантка, ФГБУН Оренбургский НЦ УрО РАН

Лесная площадь Оренбургской области составляет 600 тыс. га, занимая 4,8% её территории, что в 9 раз меньше лесистости по России. Ещё меньше в области покрытой лесом площади — 560 тыс. га. Значительная часть лесов области расположена в

Центральном Оренбуржье, имеющем густую речную сеть с широкими поймами в местах впадения рек II и III порядков в основные реки региона — Урал и Сакмару. В районе они занимают 41 тыс. га (7,5% его территории) и составляют около 6,0% общего лесного фонда области. В результате интенсивного рекреационного использования лесов, его рубки, выпаса скота, пожаров, изменения гидрологического режима пойм рек, а также ту-