CC BY
50
УДК 633.11 577.118
А. Н. Гундарева, О. Н. Бичарева Астраханский государственный технический университет
ОСОБЕННОСТИ МЕЖОРГАННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЯХ АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ
Техногенные потоки различных загрязняющих веществ и интенсивная химизация сельского хозяйства значительно трансформируют природные биогеохимические регионы. В наибольшей степени изменены в настоящее время биогеохимические циклы основных биогенных элементов (азот, фосфор, калий, кальций, магний), что связано с интенсивным применением минеральных и органических удобрений. С целью определить величину естественного накопления микроэлементов в фитомассе сельскохозяйственных растений были проанализированы образцы, которые характеризуются минимальным антропогенно-техногенным воздействием. Точки отбора расположены на значительном удалении от города, дороги на возвышенности, выровненных элементах рельефа не затронуты эрозионным процессом и сохранили нормальный профиль, структуру, гумусность, реакцию среды, гранулометрический и агрохимический состав почвы.
Для оценки степени обеспеченности растений микроэлементами необходимо знать их пороговые концентрации, которые существенно меняются в зависимости от биологических особенностей растений, возраста, соотношения минеральных компонентов в почвенном растворе, погодных условий и других факторов [1, 2].
Для характеристики видовых особенностей накопления химических элементов растениями мы использовали не абсолютное, а относительное содержание изучаемого элемента в видах растений в сопоставимых условиях (ОСВР) [3], а также коэффициент биологического поглощения (КБП) — отношение содержания элемента в растениях к его содержанию в почве, позволяющий косвенно судить о поведении элемента в системе почва-растение.
Содержание меди в разных видах культурных растений Астраханской области представлено в табл. 1.
Таблица 1
Содержание меди в различных видах растений на одном типе почвы
Вид растения Си*, мг/кг ОСВР КБП Г руппа накопления
Пекинская капуста 107,8 ± 4,6 9 9 Повышенное
Картофель 19,3 ± 2,5 1,6 1,6 То же
Салат-латук 17 ± 0,3 1,4 1,4 »
Петрушка 12,8 ± 0,3 1,1 1,1 Среднее
Свекла столовая 9,1 ± 0,3 0,7 0,7 То же
Укроп 7 ± 0,3 0,6 0,6 Пониженное
Морковь 5,8 ± 0,4 0,5 0,5 То же
Средние данные 25,5 ± 4,1 - - -
Содержание валовой Си в слое почвы 0-20 см - 12 мг/кг сухого вещества.
Содержание меди в исследованных растениях колебалось от 5,8 до 107,8 мг/кг сухого вещества. Среднее содержание меди у исследованных растений было равно 25,5 мг/кг сухого вещества, коэффициент варьирования - 136 %.
Использование ОСВР для классификации 7 видов растений, произрастающих в сравнимых условиях, позволило выявить группы повышенного (1,4—9,0 раз), среднего (0,7—1,1) и пониженного (0,5—0,6 раза) накопления меди. Повышенным накоплением меди характеризуется капуста пекинская.
Максимальные различия в содержании меди зафиксированы в пекинской капусте и моркови — 18,6 раза.
Коэффициент биологического поглощения у пекинской капусты и у моркови различался в 18 раз. Средний КБП меди у изученных растений колебался от 0,5 до 9. Для большинства представленных культурных растений медь не является элементом сильного накопления, в отличие от пекинской капусты, которая является мощным накопителем этого элемента.
Содержание марганца в исследованных культурных растениях представлено в табл. 2. Его концентрация колебалась от 25,4 до 16,8 мг/кг сухого вещества. Среднее содержание марганца у исследованных растений было равно 20,7 мг/кг сухого вещества.
Таблица 2
Содержание марганца в различных видах растений на одном типе почвы
Вид растения Мп , мг/кг ОСВР КБП Группа накопления
Петрушка 25,4 ± 0,6 1,3 0,1 Повышенное
Морковь 22 ± 0,4 1,1 0,08 Среднее
Свекла столовая 21,6 ± 0,2 1,1 0,08 То же
Укроп 20,5 ± 0,4 1 0,07 »
Пекинская капуста 19,4 ± 0,5 0,9 0,07 »
Салат-латук 19,1 ± 0,4 0,9 0,07 »
Картофель 16,8 ± 0,5 0,8 0,06 Пониженное
Средние данные 20,7 ± 0,3 - - -
Содержание валового Мп в слое почвы 0-20 см - 264,1 мг/кг сухого вещества.
Использование ОСВР-параметра для классификации 7 видов растений, произрастающих в сравнимых условиях, позволило выявить группы повышенного (1,3 раза), среднего (0,9—1,1) и пониженного (0,8) накопления марганца.
Максимальные различия в содержании марганца зафиксированы в петрушке и картофеле — 1,5 раза.
Коэффициент биологического поглощения марганца у петрушки и картофеля различался в 1,7 раза. Среди представленных растений нет видов, для которых марганец являлся бы элементом сильного накопления.
Содержание цинка в исследованных культурных растениях представлено в табл. 3. Его концентрация в культурных растениях колебалась от 16,6 до 37,8 мг/кг сухого вещества. Среднее содержание цинка у исследованных растений равно 29,1 мг/кг сухого вещества.
Таблица 3
Содержание цинка в различных видах растений на одном типе почвы
Вид растения Zn , мг/кг ОСВР КБП Группа накопления
Картофель 37,8 ± 1,4 1,3 0,7 Повышенное
Пекинская капуста 37,2 ± 2,5 1,2 0,7 То же
Салат-латук 34,2 ± 0,2 1,1 0,6 »
Петрушка 29,5 ± 0,5 1 0,5 Среднее
Свекла столовая 28,1 ± 0,4 0,9 0,5 То же
Морковь 20,5 ± 0,4 0,7 0,4 Пониженное
Укроп 16,6 ± 0,3 0,5 0,3 То же
Средние данные 29,1 ± 1 - - -
*Содержание валового 7п в слое почвы 0-20 см - 56 мг/кг сухого вещества.
Использование ОСВР-параметра для классификации 7 видов растений, произрастающих в сравнимых условиях, позволило выявить группы повышенного (1,1—1,3 раза), среднего (0,9—1,1) и пониженного (0,5—0,7) накопления цинка.
Максимальные различия в содержании цинка зафиксированы в картофеле и укропе — 1,5 раза.
Коэффициент биологического поглощения цинка у картофеля и укропа различался в 2,3 раза. Среди представленных растений нет видов, для которых цинк являлся бы элементом сильного накопления.
Исследования показали, что пекинская капуста, картофель и салат-латук отличаются повышенной способностью к накоплению меди и цинка, средней степенью утилизации этих элементов отличаются петрушка и свекла столовая, а укроп и морковь отличаются пониженным накоплением Си и 2п.
При сравнении полученных нами данных о концентрации микроэлементов в растениях оказалось, что накопление меди, марганца и цинка в фитомассе растений в Астраханской области достаточно специфично и отражает те конкретные почвенно-грунтовые и климатические условия, которые свойственны для полупустынного и степного Поволжья.
Микроэлементы по величине абсолютного содержания в культурных сельскохозяйственных растениях Астраханской области располагаются в следующем порядке: Zn > Mn > Cu, тогда как в почвах этот ряд иной: Mn > Zn > Cu. Микроэлементы по величине КБП в растениях располагаются в следующем порядке: Cu > Zn > Mn.
На основании всех вышеперечисленных данных можно сделать вывод о том, что доступность элемента в почве для растений разных видов зависит от специфики их биохимических процессов, позволяющих регулировать его количество даже при одинаковой концентрации элемента в почве. Эти биологические особенности растений являются результатом длительной эволюции целостной системы организм-геохимическая среда. Физиологические причины генотипической неоднородности поглощения элементов минерального питания растениями неоднозначны: они могут быть обусловлены различиями как в первичных механизмах поглощения ионов, так и в последующем их транспорте и метаболизме.
Наиболее важным звеном в функционировании экосистемы, влияющим на ее устойчивость к загрязняющим веществам, является характер распределения элемента по морфологическим органам растений [4]. Известен целый ряд механизмов резистентности, посредством которых растения, подобно другим организмам, способны противостоять чрезмерному накоплению токсичных элементов в своих тканях. Установлено, что распределение меди и марганца по органам носило базипетальный характер, т. е. их наибольшее накопление происходило в листьях растений, с уменьшением в корнях [5, 6]. Цинк в большей степени также концентрировался в листве, однако в картофеле и свекле столовой распределение цинка носило акропетальный характер.
Содержание меди в листьях колебалось от 7,1 до 178,1 мг/кг сухого вещества; в корнях — от 5 до 16,5 мг/кг сухого вещества. В надземной части растений содержание элемента было равно 51,6 мг/кг сухого вещества, в подземной части — 8,5 мг/кг сухого вещества.
Содержание марганца в листьях колебалось от 20,2 до 31,6 мг/кг сухого вещества. В надземной части растений содержание металла было равно 24,6 мг/кг сухого вещества, в корнях — 18,3 мг/кг сухого вещества.
Содержание цинка в листьях колебалось от 20,2 до 41,8 мг/кг сухого вещества. В надземной части содержание цинка было равно 32 мг/кг сухого вещества, в корнях — 23,5 мг/кг сухого вещества.
Таким образом, формирование химического состава растений, в частности определенного уровня содержания в них микроэлементов, обусловливается следующими факторами: общим содержанием отдельных микроэлементов в почвах конкретного агроценоза, относительным содержанием в почвах агроценоза усваиваемых растением форм химических соединений, в которые входят конкретные микроэлементы, а также физиологической ролью каждого микроэлемента и характером распределения их по органам растения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Chapman H. D. Diagnostic criteria for plants and soils // Univ. calif. Div. agric. Sci. - 1968.
2. Ковальский В. В. Геохимическая экология. - М.: Наука, 1974. - 300 с.
3. Ковалевский А. Л. Биогеохимия растений. - Новосибирск: Наука, 1991. - 194 с.
4. Фокин А. Д., Лурье А. А., Пельтцер А. С. Биофильность и ксенобиотичность как факторы корневого поступления и распределения элементов по органам растений // Экология. - 1996. - № 6. - С. 415—419.
5. Орлова А. С., Безуглова О. С. Биогеохимия. - Ростов-н/Д.: Феникс, 2000. - С. 136, 121 с.
6. Ивлев А. М. Биогеохимия. - М.: Высш. шк., 1976. - 127 с.
Статья поступила в редакцию 25.12.2006
FEATURES OF MICROELEMENTS DISTRIBUTION IN BODIES OF CULTURAL PLANTS OF THE ASTRAKHAN REGION
A. N. Gundareva, O. N. Bichareva
The formation of chemical compound of plants, in particular, the certain level of microelements contents, is caused by the following factors: the general contents of some microelements in soils of the specific agrocoenosis; the relative contents of forms of chemical compounds, which are assimilated by plants, and have specific microelements; and also a physiological role of each microelement; and the way of their distribution along the bodies of plants.
